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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem, welches aus einem Sensor und einem mit dem Sensor verbundenen Armaturenrohr besteht, welches mindestens teilweise in ein Messmedium eintaucht und bei welchem sich eine, einer aktiven Sensorfläche ein Reinigungsmedium zuführende Leitung entlang dem Sensor und dem Armaturenrohr bis zur der aktiven Sensorfläche erstreckt.
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Bei der Überwachung von flüssigen Medien auf deren Sauberkeit, wie es beispielsweise in Kläranlagen oder fließenden Gewässern erfolgt, werden optische Sensoren verwendet, die in das flüssige Medium eingetaucht werden. Da es sich bei Kläranlagen um baulich sehr große Einrichtungen handelt, muss der optische Sensor verlängert werden, um einerseits zur Analyse in das zu untersuchende Medium eintauchen zu können. Andererseits ist eine stabile Verbindung zu einer Prozessleitzentrale notwendig, in welcher die Messwerte des Sensors ausgewertet werden und für die weitere Steuerung des Prozesses verarbeitet werden. Aus diesem Grund ist der eigentlichen Sensor über ein Armaturenrohr verlängert, welches beispielsweise elektrische Kabel zur Stromversorgung des Sensors und zum Datenaustausch mit der Prozessleitzentrale aufweist und mit dem Sensor verschraubt ist. Die Kombination aus Sensor und dem Armaturenrohr kann dabei eine Länge von mehreren Metern aufweisen.
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Zur Bestimmung der Sauberkeit des Messmediums taucht die aktive Fläche des optischen Sensors ungeschützt in das Messmedium ein. Die Messung beruht dabei beispielsweise auf einer Trübungsmessung oder einer Absorptionsmessung. Dabei ist die aktive Fläche des Sensors aber auch Verschmutzungen ausgesetzt. Solche Verschmutzungen werden durch Algen, Schlamm oder Haare gebildet, die sich auf der aktiven Fläche des Sensors absetzen. Auch können sich durch chemische Reaktionen Beläge bilden, welche genauso wie die schon genannten Ablagerungen dazu führen, dass sich die optischen Eigenschaften des Sensors verschlechtern.
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Zu diesem Zweck wird die aktive Oberfläche regelmäßig gereinigt. Diese Reinigung erfolgt mittels einer Reinigungsleitung, welche außerhalb des Armaturenrohres und des Sensors entlang geführt ist und die aktive Fläche des Sensors mit einem Reinigungsmittel, wie beispielsweise Druckluft, beaufschlagt, welches die aktive Fläche säubert. Da wie bereits erläutert, die Kombination aus Sensor und Armaturenrohr eine sehr lange Ausdehnung aufweist, wird diese Leitung mittels Kabelbindern an dem Armaturenrohr und dem Sensor befestigt. Trotzdem kommt es zu Verhakungen und Verdrehungen der Leitung, welche die Reinigungsarbeiten erschweren. Darüber hinaus ist die Leitung sowohl in der Luft als auch im Messmedium aggressiven Einflüssen ausgesetzt, welche dazu führen, dass das Leitungsmaterial brüchig wird, was die Lebensdauer einer solchen Leitung beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Sensorsystem anzugeben, welches aus einem Sensor und einem Armaturenrohr besteht, bei welchem die Leitung zur Zuführung eines Reinigungsmediums trotz einer langen Ausführung von aggressiven Umwelteinflüssen nicht beeinträchtigt wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die das Reinigungsmedium zuführende Leitung wenigstens teilweise innerhalb des Armaturenrohres geführt ist. Das hat den Vorteil, dass die Leitung unabhängig von äußeren Einflüssen bleibt, so dass keine chemischen Einflüsse auf sie einwirken können. Weiterhin entfällt eine Befestigung mit Kabelbindern, da die Leitung innerhalb des Armaturenrohres zuverlässig geführt wird, wobei ein Verdrehen oder Verhaken der Leitung unterbunden wird.
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Vorteilhafterweise ist die innerhalb des Armaturenrohres geführte Leitung mit einer Sensorzuleitung verbunden, welche sich außerhalb des lang gestreckten Sensors bis zu dessen aktiver Sensorfläche erstreckt und das Reinigungsmedium an die aktive Sensorfläche führt. Dadurch, dass die Leitung vollständig innerhalb des Armaturenrohrs verläuft, ist diese gut abgedichtet, so dass lediglich die Anschlussleitung am Sensor außerhalb des Sensors verläuft. Da es sich hierbei aber nur um ein sehr kurzes Stück handelt, kommt es dabei nicht zu Verdrillungen der Anschlussleitung.
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In einer Ausgestaltung ist die innerhalb des Armaturenrohrs geführte Leitung auf einen, an oder auf dem Sensor ausgeführten Kanal für das zuzuführende Reinigungsmedium geführt ist, wobei der Kanal mit einer, in seiner Position veränderlichen Abdeckung dicht verschlossen und mit der Sensorzuleitung verbunden ist. Um eine Verbindung zwischen der Leitung, die innerhalb des Armaturenrohres verläuft und der Anschlussleitung, welche außen am Sensor entlang geführt wird, herzustellen, wird die Leitung auf einen Leitungsanschluss gesteckt oder geklemmt, was einfach zu montieren ist und deshalb zu einer kostengünstigen Herstellung des Sensorsystems beiträgt.
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In einer Variante ist der Kanal durch die Sensoroberfläche und der gegenüber der Sensoroberfläche gewölbten Abdeckung gebildet. Durch eine solche Vorfertigung der Abdeckung entsteht zwischen der Sensoroberfläche ohne weitere Arbeitsschritte ein Hohlraum, in welchem nach der Montage der Abdeckung an der Sensoroberfläche das Reinigungsmedium problemlos geführt werden kann.
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In einer Weiterbildung ist der, den zylinderförmigen Sensor umschließende Kanal für das zuzuführende Reinigungsmedium ringförmig ausgebildet, wobei der ringförmige Kanal mit der Leitung zur Zuführung des Reinigungsmediums verbunden ist, und von der, als um 360° drehbaren Manschette ausgebildeten Abdeckung abgeschlossen ist, die eine Reinigungsmedienaustrittöffnung aufweist, welche durch Drehung der Manschette so positioniert ist, dass sie einer starr angeordneten Öffnung zur Übertragung des Reinigungsmediums an die Sensorzuleitung gegenüberliegt. Die Sensorzuleitung ist an dem Sensor derart fest positioniert, dass in Höhe der aktiven Fläche des Sensors diese durch das Reinigungsmedium zuverlässig gesäubert wird. Bei dieser Positionierung muss eine zuverlässige Übereinstimmung zwischen der Reinigungsmedienaustrittöffnung des ringförmigen Kanals und der starren Öffnung an der Sensorzuleitung geschaffen werden. Durch die Drehbarkeit der Manschette werden die starre Öffnung und der Auslass der Sensorzuleitung auf eine Linie gebracht, so dass das Reinigungsmedium unbeeinträchtigt in die Sensorzuleitung strömen kann. So kann das Reinigungsmedium hinter dem Armaturenrohr wieder aus diesem ausgeführt werden und gezielt von einer Richtung an den Sensorkopf geführt werden. Die Orientierung der Reinigungsmedienaustrittsöffnung ist bei einem zylinderförmigen Sensor rotationssymmetrisch frei wählbar. Das Reinigungsmedium wird bei dieser Erfindung um 360° in dem ringförmigen Kanal geführt und kann an einer beliebigen Stelle des ringförmigen Kanals abgegriffen werden.
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Asynchronitäten, welche zwischen der starren Öffnung und dem Austritt des Reinigungsmediums gegenüber der aktiven Fläche auftreten, können durch die flexible Handhabung der Manschette leicht ausgeglichen werden.
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Vorteilhafterweise ist der ringförmige Kanal zwischen zwei Dichtungen angeordnet. Die Dichtungen schließen den ringförmigen Kanal gegenüber den angrenzenden Teilen der Sensoroberfläche vollständig ab, so dass das Reinigungsmedium ohne Verluste aus der Leitung über den ringförmigen Kanal in die Sensorzuleitung weitergeleitet wird und Verunreinigungen des Reinigungsmediums selbst sicher verhindert werden.
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In einer Ausgestaltung weist die sich über den ringförmigen Kanal und die beiden Dichtungen erstreckende Manschette ein Innengewinde aufweist, welches zur Verschiebung der Reinigungsmediumsaustrittsöffnung an die Sensorzuleitung in der Nähe einer und/oder beiden Dichtungen in die Sensoroberfläche eingreift. Somit wird die Manschette zuverlässig um 360° geführt. Gleichzeitig leistet auch die Manschette neben den Dichtungen einen Beitrag zur Abdichtung und Abgrenzung des Bewegungsraumes des Reinigungsmediums.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die starr angeordnete Öffnung zur Übertragung des Reinigungsmediums Bestandteil eines ersten Winkelsteckverbinders, welcher auf der, der aktiven Sensorfläche abgewandten Seite der Sensorzuleitung angeordnet ist und das zuzuführende Medium um einen vorgegebenen Winkel umlenkt. Winkelsteckverbinder mit eingearbeitetem Luftkanal sind in verschiedenen Winkelausführungen kommerziell erhältlich, so dass deren Verwendung die Kosten des Herstellungsprozesses des Sensorsystems reduziert. Im vorliegenden Fall kommen vorzugsweise 90° Winkelsteckverbinder zum Einsatz, die einfach auf die Sensorzuleitung aufgesteckt werden und somit eine zuverlässige Verbindung mit dieser eingehen.
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In einer anderen Ausgestaltung weist die Sensorzuleitung an ihrer der aktiven Sensorfläche zugewandten Seite einen zweiten Winkelsteckverbinder auf, welcher das zuzuführende Reinigungsmedium in einem solchen Winkel umlenkt, dass das Reinigungsmedium die aktive Sensorfläche überstreicht. Auch hier werden die Vorteile des Winkelsteckverbinders genutzt, indem genau ein solcher Winkelsteckverbinder ausgewählt wird, dessen Winkel den Austritt des Reinigungsmediums auf die aktive Fläche in genau dem Winkel erlaubt, bei welchem der beste Reinigungseffekt erzielt wird. Denkbar ist dabei ein Winkel von 45°. Aber auch ein Winkel von annähernd 90° ist vorstellbar, wo das Reinigungsmedium auf die aktive Sensorfläche annähernd parallel auftrifft und die darauf befindlichen Verunreinigungen sicher entfernt.
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Vorteilhafterweise ist das Reinigungsmedium Druckluft. Mittels Druckluft erfolgt die Reinigung der aktiven Sensoroberfläche ohne weitere Kontaminierung des Messmediums durch chemische Substanzen. Außerdem kann der Druck, mit welchem die Druckluft auf die zu reinigende Fläche auftrifft, in seiner Stärke dem Verschmutzungsgrad der aktiven Sensorfläche angepasst werden.
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In einer Weiterbildung ist der Sensor ein optischer Sensor, welcher zur Feststellung der Trübung und Sauberkeit eines Mediums besonders zuverlässige Messergebnisse erzielt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1: erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorsystems mit einem Absorptionssensor
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2: Darstellung der Übertragung des Reinigungsmediums aus dem Armaturenrohr in die Sensorzuleitung
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3: zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems mit einem Trübungssensor
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Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist ein Sensorsystem 1 dargestellt, wie es in fließenden Gewässern oder Kläranlagen genutzt wird. Das Sensorsystem ist annähernd bis zu 3 m lang und wird in das zu untersuchende Medium eingetaucht. Das Sensorsystem 1 besteht aus einem zylinderförmigen Absorptionssensor 2 und einem Armaturenrohr 3. Der zylinderförmige Absorptionssensor 2 weist an einem Ende seine aktive Fläche 4 auf, während an dem entgegen gesetzten Ende des Absorptionssensors 2 das Armaturenrohr 3 an einem Universalendstück 2a befestigt ist, wobei es insbesondere auf das Universalendstück 2a des Absorptionssensors 3 aufgeschraubt oder gesteckt ist. Das Armaturenrohr 3 ist aus Edelstahl gefertigt, um aggressiven Umwelteinflüssen stand halten zu können.
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Innerhalb des Armaturenrohres 3 verlaufen ein elektrisches Kabel 5, über welches der Absorptionssensor 2 mit elektrischer Energie versorgt wird sowie der Datenaustausch mit einer Prozessleitzentrale erfolgt, und ein Schlauch 6, mittels welchem dem Absorptionssensor 2 bei Bedarf ein Reinigungsmedium zugeführt werden kann. Dass Reinigungsmedium ist im vorliegenden Fall Druckluft. Der Schlauch 6 wird auf einen Druckluftanschluss 7 aufgesteckt, welcher mit einem Luftkanal 8 verbunden ist. Dieser Luftkanal 8 steht senkrecht zu einem ringförmigen Luftkanal 9, welcher sich um den Umfang des Absorptionssensors 2 erstreckt und ist mit diesem verbunden. Der ringförmige Luftkanal 9 wird von einer Manschette 10 abgedeckt und zwei Dichtungen 11, 12, welche sich zu beiden Seiten des ringförmigen Luftkanals erstrecken, so abgedichtet, dass kein Reinigungsmedium entweichen kann.
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Der ringförmige Luftkanal 9 kann dabei in die Oberfläche des Absorptionssensors 2 eingearbeitet und von der eben ausgeformten Manschette 10 abgedeckt sein. Eine andere Variante zur Herstellung des ringförmigen Luftkanals besteht darin, dass die Manschette 10 gewölbt ausgebildet ist, wobei der dabei entstehende Hohlraum der Oberfläche des Absorptionssensors 2 zugewandt ist und den ringförmigen Luftkanal 9 bildet. Die Manschette 10 greift dabei über ein nicht weiter dargestelltes Innengewinde in die Oberfläche des Absorptionssensors 2 ein.
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Die Manschette 10 ist um 360° drehbar gelagert und weist eine Reinigungsmediumsaustrittsöffnung 13 auf, die auf Grund der Beweglichkeit der Manschette 10 an einer beliebigen Stelle des Umfangs des Absorptionssensors 2 stehen kann. Die Reinigungsmediumsaustrittsöffnung 13 wird dabei einem ersten 90°-Winkelsteckverbinder 14 zugewandt, der an einem außen an dem lang gestreckten, zylinderförmigen Absorptionssensor 2 verlaufenden Außenschlauchteil 15 angeordnet ist.
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Das Außenschlauchteil 15 erstreckt sich annähernd parallel zu dem Absorptionssensor 2 und weist in der Höhe der aktiven Fläche 4 des Absorptionssensors 2 einen zweiten 90°-Winkelsteckverbinder 16 auf. Durch die um 360° verdrehbare Manschette 10 werden die beiden 90°-Winkelsteckverbinder 14, 16 auf eine Linie gebracht.
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Soll nun die aktive Fläche 4 des Absorptionssensors gereinigt werden, wird über den Schlauch 6 von außen Druckluft zugeführt, welche, wie in 2 dargestellt, über den Druckluftanschluss 7 in den Luftkanal 8 und von dort aus in den ringförmigen Kanal 9 befördert wird. Die Druckluft tritt aus dem Inneren des Armaturenrohres 3 aus, indem sie durch die Reinigungsmediumsaustrittsöffnung 13 durch eine starre Öffnung 17 des ersten Winkelsteckverbinders 14 in diesen eintritt, wo die Druckluft in einem Luftkanal 18 um 90° umgelenkt wird.
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Anschließend wird die Druckluft durch das Außenschlauchteil 15 zu dem zweiten Winkelsteckverbinder 16 transportiert, der ebenfalls einen um 90° gebogenen Luftkanal 18a aufweist (1). Der Luftkanal 18a des zweiten Winkelsteckverbinders 16 ist in der Höhe der aktiven Fläche 4 des Absorptionssensors 2 angeordnet, so dass die aus dem zweiten Winkelsteckverbinder 16 austretende Druckluft direkt auf die aktive Fläche 4 geblasen wird und dort die aktive Fläche 4 reinigt und so für die nächste Messung vorbereitet.
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Bei dem beschriebenen Absorptionssensor 2 ist die aktive Fläche 4 in einem Schlitz angeordnet, so dass die Druckluft sehr gezielt in diesen Schlitz eingeführt werden muss, was eine genaue Justierung des zweiten Winkelsteckverbinders 16 voraussetzt.
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Ein anderer Typ eines Tauchsensors ist in 3 dargestellt. Dabei handelt es sich um einen Trübungssensor 19, welcher ebenfalls zylinderförmig ausgebildet und an einem aus Edelstahl gefertigten Armaturenrohr 3 befestigt ist, mit dessen Hilfe der Trübungssensor 19 in das zu analysierende Medium eingetaucht wird. Auch im Falle dieses Trübungssensors 19 sind in dem Armaturenrohr 3 ein elektrisches Kabel 5 und ein Schlauch 6 zur Zuführung des Reinigungsmediums vorhanden. Der Schlauch 6 ist über einen Luftanschluss 7 mit dem Luftkanal 8 verbunden, welcher auf den ringförmigen Kanal 9 stößt, der zwischen der Oberfläche des Trübungssensors 19 und der Manschette 10 ausgebildet ist. Wie schon beschrieben, weist die Manschette 10 eine Reinigungsmediumsaustrittsöffnung 13 auf, durch welche die als Reinigungsmedium verwendete Druckluft durch die starre Öffnung 17 in den um 90° abgewinkelten Luftkanal 18 des ersten Winkelsteckverbinders 14 führt. Am Luftauslaß des Luftkanals 18 des ersten Winkelsteckverbinders 14 ist das Außenschlauchteil 15 befestigt, welches sich parallel zur Erstreckung des Trübungssensors 19 ausbreitet.
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Auch der Trübungssensor 19 weist eine nicht weiter dargestellte aktive Fläche 4 zur Untersuchung des gewünschten Messmediums an seiner dem Armaturenrohr 3 entgegen gesetzten Seite auf. An diesem Ende des Trübungssensors 19 ist ein Reinigungskopf 20 angeordnet, welcher einen Luftverzweigungssteckverbinder 21 aufweist, der mit einem geraden Steckverbinder 22 verbunden ist, welcher den Luftverzweigungssteckverbinder 21 mit dem Außenschlauchteil 15 verbindet. Der Luftverzweigungssteckverbinder 21 weist einen kreuzförmig ausgebildeten Luftkanal 23 auf, wobei zwei der vier Luftkanäle 24, 25 mit je einer Schraube 26, 27 abgedichtet sind. Der Luftkanal 28 führt auf eine Flachstrahldüse 29, die auf einer Zwischenscheibe 30 gelagert ist und von einer Verdrehsicherung 31 in ihrer Position gehalten wird. Die Flachstrahldüse 29 weist in einem spitzen Winkel zu der zu reinigenden aktiven Fläche 4 des Trübungssensors 19, wodurch diese optimal durch Druckluft gereinigt wird.
