DD301230A7 - CORROSION-RESISTANT SENSOR FOR MATERIAL HUMIDITY AND FLUID LEVEL - Google Patents
CORROSION-RESISTANT SENSOR FOR MATERIAL HUMIDITY AND FLUID LEVEL Download PDFInfo
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Abstract
Korrosionsfester Sensor für Materialfeuchte und Flüssigkeitspegel zur Bestimmung der Feuchtigkeit in porösen Materialien z. B. im Erdboden oder Beton, der ebenfalls zur Signalisierung von Pegeln stark verschmutzter, agressiver, siedender oder schäumender Flüssigkeiten sowie für Lecksicherungen zu nutzen ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, daß zur Erfassung des elektrischen Scheinwiderstandes einer definierten Meßstrecke, der als natürliches Abbildungssignal der Materialfeuchte bzw. des Flüssigkeitspegels genutzt wird, mindestens zwei stabförmige, zylindrische oder quaderförmige Kunststoffelektroden verwendet werden, die im Inneren aus einem elektrisch leitenden elastischen Werkstoff bestehen und mit einem elektrisch isolierenden elastischen Werkstoff ummantelt sind. Der elektrische Widerstand des leitenden Werkstoffes kann bis 100 kOhm/m betragen. Beim Meßvorgang speist ein Signalgenerator eine hochfrequente Impulsspannung auf die Reihenschaltung aus den Widerständen der Elektroden und dem Widerstand der Meßstrecke. Die eingesetzte Elektronik erlaubt Scheinwiderstände bis in die Größenordnung von 1 MOhm differenziert auszuwerten.Corrosion-resistant sensor for moisture content and liquid level for the determination of moisture in porous materials eg. B. in the ground or concrete, which is also to use for signaling levels heavily polluted, aggressive, boiling or foaming liquids and for leakage fuses. According to the invention the object is achieved so that at least two rod-shaped, cylindrical or cuboid plastic electrodes are used to detect the electrical impedance of a defined measuring path, which is used as a natural image signal of the material moisture or liquid level, the inside of an electrically conductive elastic material exist and are coated with an electrically insulating elastic material. The electrical resistance of the conductive material can be up to 100 kOhm / m. During the measuring process, a signal generator feeds a high-frequency pulse voltage to the series connection of the resistors of the electrodes and the resistance of the measuring path. The electronics used allow to evaluate impedance up to the order of magnitude of 1 Mohm.
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Feuchtigkeit in porösen Feststoffen, z. B. Erdboden oder Beton, die auch zur Erfassung von Pegeln dielektrischer bzw. elektrisch leitender, aggressive, siedender, dampfender oder schäumender Flüssigkeiten sowie für Lecksicherungen zu nutzen ist.The invention relates to a device for determining the moisture in porous solids, for. As soil or concrete, which is also to detect levels of dielectric or electrically conductive, aggressive, boiling, steaming or foaming liquids and for leakage fuses to use.
Die Vorrichtung ist in Systemen zur automatischen Steuerung der Feuchtigkeit bzw. des Pegels oder in Warn- und Sicherheitseinrichtungen Bestandteil der Meßeinrichtung, deren Elektronik den elektrischen Scheinwiderstand der Meßstrecke zwischen den Elektroden der Vorrichtung in ein Abbildungssignal (z. B. Gleichspannung oder Frequenz) wandelt.The device is in systems for automatic control of the humidity or the level or in warning and safety devices part of the measuring device whose electronics converts the electrical impedance of the measuring path between the electrodes of the device in an imaging signal (eg., DC voltage or frequency).
Charakterisierung des bekannten Standes der TechnikCharacterization of the known prior art
Fs sind zur Gewinnung eines natürlichen Abbildungssignales für die Meßgröße Materialfeuchte bzw. Flüssigkeitspegel Vorrichtungen bekannt, die elektrische Größen einer Meßstrecke erfassen.Fs are known for obtaining a natural imaging signal for the measured material moisture content or liquid level devices that detect electrical variables of a test section.
Nach DE 3439606 werden dazu mindestens zwei gegenpolige Elektroden aus einem elektrisch gut leitenden und nicht korrosiven Material, z.B. Edelstahl oder Kupfer, in einem Abstand von 10 bis 50cm in eine Tiefe von 5 bis 25cm in die zu befeuchtende Schicht gesteckt und mit einer Gleichspannung von 2 bis 30 Volt \ 'sorgt. Ausgewertet wird der Gleichsuomwiderstand im zu befeuchtenden Medium.According to DE 3439606, at least two antipolar electrodes of a good electrically conductive and non-corrosive material, e.g. Stainless steel or copper, placed at a distance of 10 to 50cm in a depth of 5 to 25cm in the layer to be moistened and with a DC voltage of 2 to 30 volts \ 'worries. The Gleichsuomwiderstand is evaluated in the medium to be humidified.
Die Nachteile dieser Lösung sind:The disadvantages of this solution are:
Durch Verwendung von Gleichstrom kommt es zu Elektrolyseprozessen, die den Zustand der Meßstrecke verändern.The use of direct current leads to electrolysis processes which change the state of the measuring path.
Die verwendeten Elektroden sind niederohmig. Um gewünschte Ansprechschwellen zu erhalten, müssen sie örtlich getrennt angebracht werden.The electrodes used are low-resistance. In order to obtain desired response thresholds, they must be attached locally separately.
Die Elektroden benötigen mechanische Fixierungen. Die Anschlußkabel zum Elektronikteil liegen lose.The electrodes require mechanical fixations. The connection cables to the electronic part are loose.
Die gesamte Oberfläche der Elektroden dient als „Leiterquerschnitt", ein punktförmiges Messen in beliebiger Tiefe des Voiumens ist nicht möglich.The entire surface of the electrodes serves as a "conductor cross-section", a point-like measurement in any depth of the Voiumens is not possible.
Aus gehärteten Feststeffen sind die Elektroden nicht zerstörungsfrei entfernbar.From hardened Feststeffen the electrodes are not destructive removable.
Elektrodenanordnungen entsprechend DE 3439606 werden auch für Pegelmessungen von Flüssigkeiten verwendet. Die Nachteile dieser Anordnungen sind ähnlich wie beim Einsatz in Feststoffen.Electrode arrangements according to DE 3439606 are also used for level measurements of liquids. The disadvantages of these arrangements are similar to those used in solids.
Pegelmessungsn von siedenden oder schäumenden Flüssigkeiten sind nicht möglich, da die Meßstrecke niederohmig und die Stromleitung über die gesamte Elektrodenoberfläche erfolgt. Infolge dessen wird nicht eindeutig zwischen Dampf bzw. SchaumPegelmessungsn of boiling or foaming liquids are not possible because the test section is low impedance and the power line over the entire electrode surface. As a result, it is not clear between steam and foam
und dem Flüssigkeitsspiegel unterschieden. ,and the liquid level. .
In aggressiven Flüssigkeiten sind MetaMelektroden nur bedingt korrosionsfest.In aggressive liquids MetaMelektroden are only partially corrosion resistant.
In entsprechenden Lösungen neigen Metallelektroden zu Verkrustungen.In corresponding solutions, metal electrodes tend to become encrusted.
Metallelektroden sind schlecht zu reinigen, unter Umständen können hygienische Forderungen nicht eingehalten werden.Metal electrodes are difficult to clean, under certain circumstances hygienic requirements can not be met.
Andere bekannte Lösungen (z. B. Offenlegungsschrift 2314902) verwenden sinusförmige oder impulsförmige Wechselspannungen und werten den elektrischen Scheinwiderstand der Meßstrecke aus, ohne an der Art der Elektroden prinzipiell etwas zu ändern. Der Elektronikteil kann zusammen mit der Elektrodenanordnung eine Baueinheit bilden.Other known solutions (eg Offenlegungsschrift 2314902) use sinusoidal or pulsed alternating voltages and evaluate the electrical impedance of the measuring path, without fundamentally changing the type of electrodes. The electronic part can form a structural unit together with the electrode arrangement.
Mit DE 3046915 ist eino Stabelektrode für kapazitive Füllstandsmessungen bekanntgeworden, vorzugsweise zur Verwendung in der Lebensmittelindustrie. Diese Elektrode besteht aus einem Metallstab, der in einem Kunststoffrohr gekapselt ist. Fixiert wird sie durch einen speziellen Bofestigungsflansch.With DE 3046915 a stick electrode for capacitive level measurements has become known, preferably for use in the food industry. This electrode consists of a metal rod which is encapsulated in a plastic tube. It is fixed by a special fastening flange.
Von Nachteil sind der beträchtliche Fertigungsaufwand und der eingeschränkte Einsatzbereich. Die Elektrode eignet sich nur zur rein kapazitiven Messung in dafür geeigneten Medien.The disadvantages are the considerable production costs and the limited field of application. The electrode is only suitable for purely capacitive measurement in suitable media.
Für die Anwendung in Lecksicherungen, z. B. für Haushaltswaschmaschinen, sind „Wassersensoren" bekanntgeworden (DE 3240868), die nach den obengenannten Verfahren arbeiten und bei denen die Elektrodenform und -größe dem speziellen Zweck angepaßt wurde.For use in leakage fuses, z. As for household washing machines, "water sensors" have become known (DE 3240868), which operate according to the above method and in which the electrode shape and size was adapted to the specific purpose.
In der Patentschrift DE 2339481 wird ein elektrischer Meßfühler in Form eines Körpers mit abwechselnd leitenden und isolierenden Oberflächenabschnitten beschrieben. Diese Oberflächenabschnitte bestehen aus mit leitendem bzw. nichtleitendem Füllstoff präpariertem Kunststoff. Der Fühler ist prinzipiell sowohl als Materialfeuchte- als auch als Füllstandssensor verwendbar, gegenüber anderen Lösungen ist er weitgehend korrosionsfest.In the patent DE 2339481 an electrical sensor in the form of a body with alternating conductive and insulating surface portions is described. These surface sections consist of plastic prepared with conductive or non-conductive filler. In principle, the sensor can be used both as a material moisture sensor and as a level sensor. Compared to other solutions, it is largely resistant to corrosion.
In der Patentschrift DBP 1039150 werden Steuersonden für elektrische Geräte beschrieben, die aus platten- oder rohrförmigen Trägern aus elastischem Isolierstoff bestehen, die mit nichtmetallischen, elastischen, elektrisch leitenden Schichten fest verbunden sind.DBP 1039150 describes control probes for electrical equipment consisting of plate-shaped or tubular supports made of elastic insulating material which are firmly connected to non-metallic, elastic, electrically conductive layers.
Von Nachteil bei den letzten beiden Lösungen sind der beträchtliche Aufwand für die Fertigung der Meßfühlerstruktur, die aufwendige Kontaktierung der leitenden Abschnitte.A disadvantage of the last two solutions are the considerable effort for the production of the sensor structure, the complex contacting of the conductive sections.
Die in die Oberfläche eingelagerten füllstoffreichen Streifen sind unter mechanischer, chemischer und thermischer Beanspruchung nicht verschleiß- und alterungsfrei. Es besteht die Gefahr der Verkrustung durch entsprechende Medien.The filler-rich strips embedded in the surface are not subject to wear and aging under mechanical, chemical and thermal stress. There is a risk of encrustation through appropriate media.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist ein korrosionsfester Sensor für Mntei idlfeuchte und Flüssigkeitspegel, der sich gegenüber dem Stand der Technik durchThe aim of the invention is a corrosion-resistant sensor for Mntei idlfeuchte and liquid level, which differs from the prior art by
- Temperatur- und Druckunsmpfindlichkeit- Temperature and pressure sensitivity
- Ersetzbarkeit in aggressiven, siedenden, dampfenden und schäumenden Medien- Replaceability in aggressive, boiling, steaming and foaming media
- Resistenz gegenüber Verschmutzung- Resistance to pollution
- minimale Baugröße- minimum size
- einfache Montage- easy construction
- Wartungsfreiheit und- Maintenance free and
- geringe Kosten- low cost
auszeichnet, wobei der Sensor und der elektronische Wandler eine Initiatorbaugruppe bilden können.characterized in that the sensor and the electronic transducer can form an initiator assembly.
Bei der Messung der Feuchte von Beton oder anderer unter Bindung von Wasser härtender Gemische muß die Vorrichtung zerstörungsfrei aus der gehärteten Masse entfernbar sein.When measuring the moisture of concrete or other water-hardening mixtures, the device must be non-destructively removable from the cured mass.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine mit geringem technischen Aufwand herstellbare Vorrichtung zur Signalisierung von Pegeln heißer, dampfender, zum Teil stark verschmutzter oder aggressiver dielektrischer bzw. elektrisch leitender Flüssigkeiten zu entwickeln, die auch zur annähernd punktförmigen Erfassung der Matenalfeuchte in voluminösen, porösen Stoffen, vorzugsweise im Erdboden, Beton oder Anhydritbinder, geeignet ist.The invention had the object of providing a producible with little technical effort device for signaling levels of hot, steaming, sometimes heavily polluted or aggressive dielectric or electrically conductive liquids to develop, which also for nearly point-like detection of Matenalfeuchte in voluminous, porous materials , preferably in the ground, concrete or anhydrite binder, is suitable.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, daß zur Erfassung des elektrischen Scheinwiderstandes, der als natürliches Abbildungssignal des Flüssi jKeitspegels und der Materialfeuchte genutzt wird, mindestens zwei stabförmige, zylindrische oder quaderförmige Kunststoffelektroden verwendet werden, die im Inneren aus einem elektrisch leitenden elastischen Werkstoff bestehen und mit einem elektrisch isolierenden elastischen Werkstoff ummantelt sind.According to the invention the object is achieved so that at least two rod-shaped, cylindrical or cuboid plastic electrodes are used to detect the electrical impedance, which is used as a natural imaging signal of the liquid jKeitspegels and the material moisture, which consist of an electrically conductive elastic material inside and with an electrically insulating elastic material are sheathed.
Der spezifische elektrische Widerstand des leitenden Werkstoffes kann bis 100kOhm/m betragen.The specific electrical resistance of the conductive material can be up to 100kOhm / m.
Die Elektroden werden in einem Abstand ihrer Mantelflächen von 10mm parallel geführt.The electrodes are led parallel at a distance of their lateral surfaces of 10mm.
Die Stirnflächen des einen Endes werden über eine geeignete Kontaktierung mit einem Elektronikteil der Anmelder verbunden, der aus einem Standardsignalgenerator, Signalformwandler und Schaltverstärker besteht.The end faces of one end are connected via a suitable contact with an electronic part of the applicant, which consists of a standard signal generator, waveform converter and switching amplifier.
Der Elektroniktoil kann gemeinsam mit den kontaktierten Enden des Sensors in Kunstharz eingegossen werden.The electronoil can be cast together with the contacted ends of the sensor in synthetic resin.
Die zum Eingießen vorgesehene Länge der Elektroden wird entlang ihres Mantels thermisch strukturiert, um die Aufgabe einer Zugentlastung und Labyrinthdichtung zu erfüllen.The length of the electrodes intended for pouring is thermally structured along its jacket in order to fulfill the task of a strain relief and labyrinth seal.
Wahlweise können die Elektroden in einen Befestigungsflansch eingegossen und mit einem separaten Elektronikteil verbunden werden.Alternatively, the electrodes can be cast in a mounting flange and connected to a separate electronic part.
Die Meßwerterfassung erfolgt an den Stirnflächen der freien Elektrodenenden, die kegelförmig angespitzt werc'en und 30mm Längenunterschied aufweisen können, um die Ausbildung eines geschlossenen Flüssigkeitsfilms durch Kondensation oder Benetzung unmöglich zu machen und Verkrustungen zu verhindern.The measured value is recorded at the end faces of the free electrode ends, which can be sharpened conically and have a difference in length of 30 mm in order to make the formation of a closed liquid film by condensation or wetting impossible and to prevent encrustations.
Erfordert es der Einsatzfall, kann die freie Länge des Sensors von wenigen Millimetern bis zu einem Meter gewählt werden.If required, the free length of the sensor can be selected from a few millimeters up to one meter.
Der Elektronikteil kann Scheinwiderstände bis in die Größenordnung von 1 MOhm in ein Spannungssignul oder ein Zweipunktsignal mit einstellbarem Schwellwert wandeln. Beim Meßvorgang speist der Standardsignalgenerator eine hochfrequente Impulsspannung auf die Widerstands-Reihenschaltung aus Widerstand der Kunststoffelektroden plus Widerstand dos Meßmediums.The electronic part can convert impedance up to the order of 1 Mohm into a voltage signal or a two-point signal with an adjustable threshold value. During the measuring process, the standard signal generator feeds a high-frequency pulse voltage to the resistor series circuit consisting of the resistance of the plastic electrodes plus the resistance of the measuring medium.
-3- 301 230 Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Figuren näher beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to two figures.
Bei der Ausführung nach Figur 1 bestehen die Kunststoffelektrodon aus Zündkabel für VerbrenriungskraftmaschinenIn the embodiment according to FIG. 1, the plastic electrodes consist of ignition cables for internal combustion engines
KWO NZÜ 2Y20. Der innere leitfähige Werkstoff besteht aus Polyäthylen mit hohem Rußanteil.KWO NZÜ 2Y20. The inner conductive material consists of polyethylene with a high proportion of carbon black.
An den Stirnseiten der Zündkabelenden werden zur Kontaktierung Kupferstifte 6 in den leitfähigen Werkstoff 2 im Innern der Elektrode gepreßt und mit dem Elektronikteil 5 elektrisch verbunden.At the ends of the Zündkabelenden copper pins 6 are pressed into the conductive material 2 in the interior of the electrode and electrically connected to the electronic part 5 for contacting.
Elektronikteil 5 und die kontaktierten Enden der Elektroden werden in einem Kunststoffgehäuse 7 mit Epoxidharz 11 vergossen.Electronic part 5 and the contacted ends of the electrodes are cast in a plastic housing 7 with epoxy resin 11.
Der eingegossene Teil der Elektrode ist thermisch strukturiert 3, um die Funktionen Zugentlastung und Labyrinthdichtung zu erfüllen. Die freien Elektrodenenden 4 sind kegelförmig angespitzt, um die Ausbildung eines geschlossenen Flüssigkeitsfilms durch Kondensation oder Benetzung zu verhindern.The cast-in part of the electrode is thermally structured 3 in order to fulfill the functions strain relief and labyrinth seal. The free electrode tips 4 are tapered to prevent the formation of a closed liquid film by condensation or wetting.
Die an ihrer Mantellinie parallel geführten Elektroden sind miteinander verschweißt 12 und in ein Kunststoffrohr 10 eingegossen.The electrodes routed in parallel on their generatrix are welded together 12 and cast into a plastic tube 10.
Über die Anschlußleitung 9 werden die Stromversorgung und der Signalausgang realisiert.About the connecting line 9, the power supply and the signal output can be realized.
Mit dem Befestigungsteil 8 kann die Anordnung fixiert warnen.With the fastening part 8, the arrangement can warn fixed.
Der beschriebene Sensor kann für die Materialfouchtemessung in definierter Tiefe z. B. bei Beregnungsanlagen im Gartenbau, aber auch für Pegelsteuerungen z. B. bei Sumpfpumpen od jr Kläranlagen unter härtesten Bedingungen genutzt werden,The described sensor can be used for the Materialfouchtemessung in a defined depth z. B. irrigation systems in horticulture, but also for level controls z. B. be used in sump pumps od jr treatment plants under the harshest conditions,
Bei der Ausführung nach Figur 2 sind zwei flächenhafte Kunststoffelektroden 1 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff an einer elektrisch isolierenden Grundplatte 2 durch Kleben befestigt.In the embodiment of Figure 2, two planar plastic electrodes 1 are attached from an electrically conductive material to an electrically insulating base plate 2 by gluing.
Die Kontaktierung erfolgt durch in das Elektrodenmaterial gepreßte Kupferstifte 6, die mit dem Elektronikteil 5 elektrisch verbunden sind.The contact is made by pressed into the electrode material copper pins 6, which are electrically connected to the electronic part 5.
Grundplatte 2 mit Elektroden 1 und Elektronikteil 5 sind in ein Kunststoffgehäuse 7 mit Epoxidharz vergossen.Base plate 2 with electrodes 1 and electronic part 5 are cast in a plastic housing 7 with epoxy resin.
Die Anschlußleitung 9 dient der Stromversorgung und dem Signalausgang.The connecting line 9 is the power supply and the signal output.
Mit dem Befestigungsteil 8 kann der Sensor fixiert werden.With the fixing part 8, the sensor can be fixed.
Die Kunststoffelektroden 1 sind in Schaumgummi 3 eingebettet.The plastic electrodes 1 are embedded in foam rubber 3.
Diese Sensorausführung dient als Lecksicherung für auf dem Fußboden auslaufende Flüssigkeit.This sensor design serves as a leak-proofing device for liquid leaking on the floor.
Der Schaumgummi saugt auch geringe Mengen Flüssigkeit auf. Dadurch spricht der Sensor an und hält das Signal, auch wenn die Flüssigkeit z. B. durch ein Gefälle abfließt.The foam rubber also absorbs small amounts of liquid. This activates the sensor and keeps the signal, even if the liquid z. B. flows through a slope.
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DD31815088A DD301230A7 (en) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | CORROSION-RESISTANT SENSOR FOR MATERIAL HUMIDITY AND FLUID LEVEL |
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DE19712577C2 (en) * | 1997-03-26 | 2000-09-21 | Zueblin Ag | Procedure for determining the degree of filling of formwork with concrete |
-
1988
- 1988-07-21 DD DD31815088A patent/DD301230A7/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19712577C2 (en) * | 1997-03-26 | 2000-09-21 | Zueblin Ag | Procedure for determining the degree of filling of formwork with concrete |
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