DE102009020439B4

DE102009020439B4 - Zweipoliger Flüssigkeits-Leitfähigkeitssensor für hohe Hygieneanforderungen

Info

Publication number: DE102009020439B4
Application number: DE102009020439A
Authority: DE
Inventors: Jens-Hendrik Dipl.-Ing.. Schiffer
Original assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Current assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-05-09
Also published as: DE102009020439A1

Abstract

Zweipoliger Flüssigkeits-Leitfähigkeitssensor zur Anbindung an einen Prozessbehälter umfassend
– ein am Prozessbehälter (4) anbringbares Gehäuse (5) mit Anschlüssen (7, 11, 12) für den Leitfähigkeitssensor (1),
– eine am Gehäuse (5) angebrachte, in eine Prozessflüssigkeit (F) eintauchbare, zentrische, zapfenförmige Innenelektrode (8),
– eine mit Radialabstand um die Innenelektrode (8) angeordnete, ebenfalls in die Prozessflüssigkeit (F) eintauchbare, ringförmige Außenelektrode (9), und
– einen Isolator (13) zwischen Innen- und Außenelektrode (8, 9), gekennzeichnet durch
– eine lösbare Verbindung (A) zwischen Innenelektrode (8) und einem Elektrodenhalter (3), die zur Prozessflüssigkeit (F) durch eine erste Ringdichtung (19) zwischen Isolator (13) und Innenelektrode (8) abgedichtet ist, wobei
– die erste Ringdichtung (19) bei abgeschraubter Innenelektrode (8) abnehmbar ist,
– die lösbare Verbindung als Gewindeverbindung (A) ausgebildet ist,
– die Gewindeverbindung (A) zwischen Innenelektrode (8) und Elektrodenhalter (3) durch ein Außengewinde (15) an einem zentralen Gewindebolzen (14) des im...

Description

Die Erfindung betrifft einen zweipoligen Flüssigkeits-Leitfähigkeitssensor zur Anbindung an einen Prozessbehälter mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Derartige Leitfähigkeitssensoren sind durch offenkundige Vorbenutzung aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere zur Messung von Flüssigkeiten mit geringen Leitfähigkeiten verwendet. Neben Zwei-Pol-Sensoren sind für höhere Leitfähigkeiten in aller Regel Vier-Pol-Sensoren im Einsatz.
Die bekannten zweipoligen Flüssigkeits-Leitfähigkeitssensoren weisen ein am Prozessbehälter anbringbares Gehäuse mit entsprechenden Anschlüssen für den Leitfähigkeitssensor auf. Die Polanordnung wird in der Regel konzentrisch ausgeführt, wobei eine am Gehäuse angebrachte Innenelektrode vorgesehen ist, die in eine Prozessflüssigkeit eintauchbar und zentrisch, zapfenförmig ausgebildet ist. Mit Radialabstand um diese Innenelektrode wird eine ebenfalls in die Prozessflüssigkeit eintauchbare, ring- oder rohrförmige Außenelektrode angeordnet. Innen- und Außenelektrode sind voneinander durch ein entsprechendes Isolierteil dazwischen elektrisch getrennt.
Da das Gehäuse aus produktionstechnischen Gründen in aller Regel mehrteilig aufgebaut ist, sind zwischen Isolierteil und den Elektroden Dichtungen angeordnet, um die nicht zum Eintauchen in die Prozessflüssigkeit bestimmten Komponenten des Sensors gegenüber der Prozessflüssigkeit abzudichten.
Bei den Sensoren gemäß dem Stand der Technik sind diese Dichtungen insbesondere bei der Innenelektrode fest verbaut und nicht demontierbar. Dies widerspricht einer grundlegenden Forderung für solche Leitfähigkeitssensoren, die insbesondere im Zusammenhang mit der Überwachung von Prozessflüssigkeiten auf dem Lebensmittel- oder Pharmasektor erhoben wird, nämlich ein den Regeln der Hygiene entsprechendes Design. Dies verlangt, dass unzugängliche Spalten und Innenecken, in denen sich Rückstände ansammeln können, vermieden werden und die mit der Prozessflüssigkeit in Kontakt gelangenden Komponenten zur Reinigung möglichst ausbaubar sind.
Die DE 10 2005 026 052 B3 offenbart eine Leitfähigkeitsmesszelle mit einer Elektrode, über deren Ende eine Isolierkappe mittels eines Gewindes aufgeschraubt und ein Isolierschlauch um die Elektrode gesetzt ist. Ein Temperatursensor ist mit extrem großem Abstand zu den eigentlichen Elektroden am unteren Ende innerhalb eines kappenförmigen Gehäuses positioniert.
Die DE 199 46 315 A1 zeigt einen Leitfähigkeitssensor, bei dem die Elektroden bis auf ihre Stirnseiten vollständig in einem Gehäuse eingebettet sind. Dieser Sensor ist nicht zerlegbar.
Aus der EP 1 617 212 A1 ist ein kapazitiver Sensor bekannt, bei dem zwischen einer inneren und einer äußeren Elektrode eine Vergussmasse vorgesehen ist.
Die DE 31 52 082 C2 beschreibt eine Einrichtung zur Bestimmung der Erhärtungsdauer von Bindemitteln.
Eine pH-Elektrode mit einer Elektrodenhalterung ist aus dem Gebrauchsmuster DE 76 01 684 U bekannt. Zum Ausbauen der pH-Elektrode ist eine Überwurfmutter zum Lösen eines Endblocks zu betätigen. Zum Lösen der pH-Elektrode aus ihrer Halterung an einer Armatur ist ein aufgesteckter Wirbeltrichter abzuziehen und sodann eine Druckschraube zu lösen, die einen Dichtring gegen die Wandung der pH-Elektrode drückt.
Die DE 968 548 C offenbart einen Messwertgeber zur Leitfähigkeitsmessung von flüssigen Elektrolyten mit einer konzentrischen Anordnung der Elektroden und innerhalb der hohlen Innenelektrode angeordnetem Widerstandsthermometer. Die Innenelektrode ist mittels einer dünnen, elektrisch leitenden, sie und das Widerstandsthermometer durchdringenden Zugstange unter Zwischenschaltung der Elektrodenisolation an einem Befestigungsflansch zentrisch gehalten.
Aus der DE 102 12 494 A1 ist eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung des Mischungsverhältnisses eines Mediums aus zwei Komponenten unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten mit einem mit Medium gefüllten Volumen und einer Trägerplatte bekannt, von der zueinander elektrisch isolierte erste und zweite Elektroden abragen. Die erste Elektrode ist als sich axial erstreckender Hohlkörper mit durchbrochener Wandung ausgebildet. Die zweite Elektrode ist koaxial im Inneren der ersten Elektrode angeordnet, so dass zwischen den beiden Elektroden ein vom Medium durchströmter Zwischenraum besteht.
Aus der US 4 227 151 A ist eine Messzelle zur Messung und Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit bekannt, die vier konzentrische, kreisförmige Elektroden aufweist. Diese sind in einer flachen Oberfläche angeordnet und durch ringförmige Bereiche aus isolierendem Material getrennt.
Im Hinblick auf die oben geschilderte Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Leitfähigkeitssensor so weiterzubilden, dass er den geschilderten Hygieneanforderungen besser entspricht.
Diese Aufgabe wird in einem grundlegenden Ansatz durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach ist eine lösbare Gewindeverbindung zwischen Innenelektrode und einem Elektrodenhalter vorgesehen, die zur Prozessflüssigkeit hin durch eine erste Ringdichtung zwischen Isolator und Innenelektrode abgedichtet ist. Die erste Ringdichtung ist dabei so positioniert, dass sie bei abgeschraubter Innenelektrode abnehmbar ist.
Es ist anzumerken, dass der Elektrodenhalter als separates Teil, aber auch integral durch den Isolator selbst gebildet sein kann. Ferner kann die lösbare Verbindung beispielsweise auch als Bajonettverschluss ausgeführt sein.
Erkennbar kann bei einem erfindungsgemäß ausgelegten Leitfähigkeitssensor die Innenelektrode, Elektrodenhalter, Isolierteil und dazwischen sitzende Ringdichtung zerlegt und entsprechend einfach gereinigt werden. Gleichzeitig sorgt die Ringdichtung dafür, dass die lösbare (Gewinde-)Verbindung nicht von Prozessflüssigkeit beaufschlagt wird. Damit besteht keine Gefahr, dass sich in den Gewindegängen Ablagerungen aus der Prozessflüssigkeit bilden, die die hygienischen Verhältnisse innerhalb des Leitfähigkeitssensors beeinträchtigen können.
In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Leitfähigkeitssensors werden auch die hygienischen Verhältnisse im Zusammenhang mit der Außenelektrode, deren Anbindung an den Isolator sowie das Gehäuse und die Abdichtung der aus dem Stand der Technik an sich bekannten Gewindeverbindung zwischen Außenelektrode und Gehäuse verbessert. Dies erfolgt durch eine zweite Ringdichtung zwischen Isolator und Außenelektroden, die die Gewindeverbindung zur Prozessflüssigkeit hin abdichtet. Auch die zweite Ringdichtung ist in diesem Zusammenhang bei abgeschraubter Außenelektrode abnehmbar und insoweit gut zu reinigen.
Ferner sorgt der mit dem Gewinde versehene zentrale Gewindebolzen des Isolators für eine stabile, einfache Gewindeverbindung zur Innenelektrode, wobei der Zapfen gleichzeitig als Unterbringungsort für den in der Regel bei Leitfähigkeitssensoren notwendigen Temperaturfühler dient.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 5 beziehen sich auf konstruktive Detailverbesserungen der Gewindeverbindung und Dichtungsanordnung zwischen Innenelektrode und Isolator.
So ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine dritte Ringdichtung an der Umfangsseite der Außenelektrode angeordnet, die zur Abdichtung zu einer Innenwand eines Anschlussstutzens für den Leitfähigkeitssensor am Prozessbehälter dient. Diese dritte Ringdichtung sitzt dabei zwischen der Prozessflüssigkeit und der Gewindeverbindung der Außenelektrode zum Gehäuse und ist bei vom Prozessbehälter abgenommenem Leitfähigkeitssensor zugänglich.
Für eine kompakte Anordnung der drei Ringdichtungen ist deren in Richtung der zentralen Achse des Sensors einander überlappende Anordnung von Vorteil.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung deutlich. Diese
1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Leitfähigkeitssensor in seiner Montageposition an einem Ingoldstutzen.
Die beigefügte Zeichnung stellt einen zweipoligen Flüssigkeits-Leitfähigkeitssensor 1 in seiner Montageposition an einem Ingoldstutzen 2 dar. Dieser eröffnet den Zugang des Leitfähigkeitssensors 1 zu der Prozessflüssigkeit F, die in dem Prozessbehälter 4 – einem Kessel, Reaktor, Tank, Rohr oder Leitungsstück – vorliegt. Der Leitfähigkeitssensor 1 ist mit seinem als Ganzes mit 5 bezeichneten Gehäuse mittels einer Überwurfmutter 6 in bekannter Weise am Ingoldstutzen 2 festgelegt.
Der Sensor 1 weist eine am Gehäuse 5 angebrachte, zentrische, zapfenförmige Innenelektrode 8 auf, die in die Prozessflüssigkeit F eintauchbar ist.
Mit Radialabstand um diese Innenelektrode 8 ist eine ebenfalls in die Prozessflüssigkeit F eintauchbare, ringförmige Außenelektrode 9 am mehrteiligen Gehäuse 5 in noch näher zu erläuternder Weise montiert.
Die Innenelektrode 8 und Außenelektrode 9 sind über einen Isolator 13 elektrisch voneinander getrennt. Ferner stehen sie sowie ein zentrisch im Gehäuse 5 sitzender Temperatursensor 10 über Anschlussleitungen 7, 11 mit einer elektrischen Steckkupplung 12 in Verbindung, an die eine (nicht gezeigte) Signalleitung zur Weiterleitung der Leitfähigkeits- und Temperatur-Rohsignale an eine Auswerteeinheit angeschlossen werden kann.
Eine Gewindeverbindung A zwischen Innenelektrode 8 und einem im Isolator 13 sitzenden Elektrodenhalter 3 wird über einen zentrischen, zum Prozess hin vorstehenden Gewindebolzen 14 am Elektrodenhalter 3 realisiert, der aus Metall gefertigt ist und die elektrische Kontaktverbindung der Innenelektrode 8 zur Anschlussleitung 7 herstellt. Der Elektrodenhalter 3 ist mit einem Außengewinde 15 versehen, das mit einem Innengewinde 16 in einer koaxial in das prozessabgewandte Ende der zapfenförmigen Innenelektrode 8 eingebrachten Gewindebohrung 17 in Eingriff steht. Zur Abdichtung der Gewindeverbindung A gegenüber der Prozessflüssigkeit F ist am gehäuseseitigen Rand 18 der Innenelektrode 8 eine erste Ringdichtung 19 vorgesehen, die mit einer Ringschulter 27 am Elektrodenhalter 3 und einem Ringkragen 20 am Isolator 13 abdichtet. Damit ist der Bereich der Gewindebohrung 17 zuverlässig gegen eindringende Prozessflüssigkeit F geschützt.
Die Außenelektrode 9 ist wiederum über eine Gewindeverbindung B um fassend ein Außengewinde 21 am Gehäuse 5 und ein Innengewinde 22 im Bereich des prozessabseitigen Endes der hülsenförmigen Außenelektrode 9 am Gehäuse 5 befestigt. Zur Abdichtung dieser Gewindeverbindung B zum Prozess hin ist eine zweite Ringdichtung 23 vorgesehen, die in einer Ringnut am Außenumfang des Ringkragens 20 des Isolators 13 eingesetzt ist und gegenüber der Innenwand der Außenelektrode 9 abdichtet.
Schließlich ist zwischen der Umfangsfläche 24 der Außenelektrode 9 und der Innenwand 25 des Ingoldstutzens 2 prozessseitig vor der Gewindeverbindung (B) eine dritte Ringdichtung 26 vorgesehen, die in einer entsprechenden Ringnut in der Umfangsfläche 24 der Außenelektrode untergebracht ist. Die drei Ringdichtungen 19, 23, 26 sind im Wesentlichen in einer quer zur Längsachse L liegenden Ebene angeordnet und überlappen somit im Wesentlichen einander.

Claims

Zweipoliger Flüssigkeits-Leitfähigkeitssensor zur Anbindung an einen Prozessbehälter umfassend – ein am Prozessbehälter (4) anbringbares Gehäuse (5) mit Anschlüssen (7, 11, 12) für den Leitfähigkeitssensor (1), – eine am Gehäuse (5) angebrachte, in eine Prozessflüssigkeit (F) eintauchbare, zentrische, zapfenförmige Innenelektrode (8), – eine mit Radialabstand um die Innenelektrode (8) angeordnete, ebenfalls in die Prozessflüssigkeit (F) eintauchbare, ringförmige Außenelektrode (9), und – einen Isolator (13) zwischen Innen- und Außenelektrode (8, 9), gekennzeichnet durch – eine lösbare Verbindung (A) zwischen Innenelektrode (8) und einem Elektrodenhalter (3), die zur Prozessflüssigkeit (F) durch eine erste Ringdichtung (19) zwischen Isolator (13) und Innenelektrode (8) abgedichtet ist, wobei – die erste Ringdichtung (19) bei abgeschraubter Innenelektrode (8) abnehmbar ist, – die lösbare Verbindung als Gewindeverbindung (A) ausgebildet ist, – die Gewindeverbindung (A) zwischen Innenelektrode (8) und Elektrodenhalter (3) durch ein Außengewinde (15) an einem zentralen Gewindebolzen (14) des im Isolator (13) sitzenden Elektrodenhalters (3) und einem Innengewinde (16) in einer Gewindebohrung (17) der Innenelektrode (8) gebildet ist, und – in dem Gewindebolzen (14) ein Temperatursensor (10) angeordnet ist, – eine Gewindeverbindung (B) zwischen Außenelektrode (9) und Gehäuse (5), die durch eine zweite Ringdichtung (23) zwischen Isolator (13) und Außenelektrode (9) zur Prozessflüssigkeit (F) hin abgedichtet ist, sowie – eine Auslegung der lösbaren Verbindung (A) und Gewindeverbindung (B) derart, dass die Innenelektrode (8), Außenelektrode (9), und die dazwischen sitzenden Ringdichtungen (19, 23) unter vollständiger Zerlegung vom Gehäuse (5) abnehmbar sind.
Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringdichtung (19) zwischen dem gehäuseseitigen Rand der Innenelektrode (8), einer Ringschulter (27) am Elektrodenhalter (3) und einem Ringkragen (20) am Isolator (13) angeordnet ist.
Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeverbindung (B) am Gehäuse (5) aus einem Innengewinde (22) an der Außenelektrode (9) und einem Außengewinde (21) am Gehäuse (5) besteht, wobei die zweite Ringdichtung (23) bei abgeschraubter Außenelektrode (9) abnehmbar ist.
Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Ringdichtung (26) an der Umfangsfläche (24) der Außenelektrode (9) zur Abdichtung zu einer Innenwand (25) eines Anschlussstutzen (2) für den Leitfähigkeitssensor (1) am Prozessbehälter (4) angeordnet ist, wobei diese dritte Ringdichtung (26) prozessseitig vor der Gewindeverbindung (B) zwischen dem Anschlussstutzen (2) und der Außenelektrode (9) zum Gehäuse (5) sitzt und bei vom Prozessbehälter (4) abgenommenen Leitfähigkeitssensor (1) zugänglich ist.
Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Ringdichtungen (19, 23, 26) bezogen auf die Richtung der zentralen Achse (L) des Sensors (1) einander überlappend angeordnet sind.
Leitfähigkeitssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Montage an einem Ingoldstutzen (2) des Prozessbehälters (4) ausgelegt ist.