DE102011011282A1

DE102011011282A1 - Messvorrichtung zur Erfassung in Flüssigkeiten gelöster Bestandteile

Info

Publication number: DE102011011282A1
Application number: DE201110011282
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: SubCtech GmbH
Current assignee: SUBCTECH GMBH, DE
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-08-16

Abstract

Messvorrichtung (10) zur Erfassung in Flüssigkeit gelöster oder auch gasförmig vorliegender Stoffe mit einer Flüssigkeitskammer (20) und einer an der Flüssigkeitskammer (20) anliegenden Membran (30), gekennzeichnet durch einen die Membran (30) lagernden, aus dem Gehäuse (40) mit der Membran (30) herausnehmenbaren Rahmen (50), in dem die Membran (30) in definierter Ausrichtung und in definierter Arbeitsposition zum Kontakt mit der in der Flüssigkeitskammer (20) strömenden Flüssigkeit angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Erfassung in Flüssigkeit gelöster Bestandteile nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Messvorrichtungen für gelöste Bestandteile, insbesondere in Süß- oder Meerwasser vorhandene Gase weisen meist eine Flüssigkeitskammer für hindurchströmende zu beprobende Flüssigkeit auf, an der die Sensoren angebracht sind.
So ist aus der EP 0 823 055 B1 bereits eine Vorrichtung zur Erfassung von in den Medien enthaltenem Kohlenwasserstoff bekannt, bei der ein Sensorelement und eine im Abstand zum Element angeordnetes stoffselektives Membranbauteil vorgesehen ist, so dass in dem Medium enthaltene entsprechend durch die Membran hindurchgetretene Kohlenwasserstoffe in dem Raum hinter dem Membranelement gemessen werden können. Allerdings erschöpft sich die Lehre dieses Patentes darin, eine Membran zu verwenden, ”die lediglich Kohlenwasserstoffgas in einem Gasraum gelangen lässt”. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften von zum Beispiel Helium oder auch Wasserstoff, die viel kleinere Gasatome oder Moleküle aufweisen, ist dies technisch nicht möglich.
Weiter ist aus der EP 2 047 249 eine Vorrichtung zur Erfassung von Messdaten bekannt bei der ein katalytisches Element zur Zersetzung gasförmigen Kohlenwasserstoffes an einer Gaszirkulation vorgesehen ist. Hier soll das Gehäuse in gasführendes Wasser eingetaucht werden. Es ist ersichtlich, dass zur Erfassung eines in ein Gehäuse einströmenden Mediums keine langen Diffusionszeiten bis zu einem Sensor abgewartet werden sollen, die zudem ein Ergebnis über lange Zeiten mitteln, sondern nach Möglichkeit eine schnelle korrekte Angabe der jeweiligen Konzentrationen gesuchter Bestandteile erwünscht ist.
Beispielsweise soll ein Überwachungs-Fahrzeug für den Schiffsverkehr beim durchfahren des Kielwassers eines Frachters feststellen können, ob in dem Kielwasser eine Belastung des Wassers vorliegt oder nicht. Da das Durchfahren des Kielwassers nur wenige Sekunden andauert, muss ein Sensor daher in diesem kurzen Zeitintervall arbeiten.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wieder.
Insbesondere wird vorgeschlagen, eine in einem Rahmen fest verankerte Membran vorzusehen, die mit dem Rahmen als Einsteck oder lagerichtig einzuschraubendes Bauteil vorgesehen wird. Hierdurch wird vermieden, dass in der Membran möglicherweise vorliegende Materialschwächungen oder beim Einbau aufgetretene mechanische Beschädigungen das Messergebnis verfälschen.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass die üblicherweise verwendeten Membranen ohne diese Vorrichtung durch Dehnen oder mechanische Belastungen verformt oder beschädigt werden können, und das Ergebnis verfälschen können bzw. zu einem Totalausfall führen können.
Selbstverständlich ist es möglich, Membranmaterial auch ohne einen Rahmen zu prüfen und lagerichtig im Einzelfall einzubauen. Allerdings ist dieses wesentlich zeitaufwendiger und fast unmöglich, die Lage der Membran 100% wieder zu rekonstruieren. Weiter setzte diese Arbeit dann fachmännische Kenntnis und Tätigkeit vom Messvorgang und Messaufbau voraus, die üblicherweise nicht vorhanden ist. Auf See, in der Regel bei Seegang, kann es beispielsweise vorkommen, dass es bei einem derartigen Sensor, der z. B. auf einem Schiff der Küstenwache eingesetzt wird, nach einem Membranausfall mit einer neuen Membran versehen werden muss, oder nach Zeiten längerer Nichtbenutzung ausgetauscht werden soll.
Durch die Erfindung kann die Wartung und Installation einer Membran beim installierten Messsystem im Betrieb und bei schwerer See von mehr als zwei Stunden auf etwa 5 Minuten reduziert werden.
Die Membran als eigentlich zwischen Medium (Wasser) und Messkreislauf (Gas) trennende Komponente wird dabei geschützt. Insbesondere kann eine geprüfte bzw. zertifizierte Membran ohne Beeinflussung ihrer Eigenschaften eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist insbesondere, einen solchen Rahmen mit einer nicht-symmetrischen Anordnung von Schraublöchern oder Durchlassbohrungen zu versehen, so dass vorgeprüfte Rahmen-Membran-Einheiten nur in einer Lageausrichtung in der das erfindungsgemäße Flüssigkeitskammergehäuse eingebracht und befestigt werden können. Es ist vorgesehen, in diesem Rahmen gleichzeitig ein Stützelement zu integrieren, das die Membran gegen den Wasserdruck abstützt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschreiben. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht auf die Messvorrichtung nach der Erfindung;
2 eine Schnittansicht der Messvorrichtung aus 1 entlang der Linie A-A; und
3 eine schematische Ansicht zur weiteren Verdeutlichung des Aufbaus der Messvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Erfassung gelöster Stoffe in Flüssigkeiten nutzt neben einer definierten Anströmung in einer Flüssigkeitskammer auch eine Gaszirkulation in einem durch eine Membran getrennten Gasraum, welcher sich hinter der Flüssigkeitskammer befindet.
Durch eine definierte Anströmung gegen die Membran wird sowohl eine optimierte Wirkung, als auch eine gleichbleibende Qualität der Messung erreicht. Würde die Anströmung nicht definiert erfolgen, wären Schwankungen hinter der Membran messbar und die Ansprechgeschwindigkeit wäre wesentlich langsamer. Durch die definierte Flüssigkeitsströmung an der Membran, wird eine Verarmungsschicht vermindert und Druckschwankungen kompensiert, so dass die zu messenden Stoffe wie z. B. Gase besser und kontinuierlicher durch die Membran hindurch treten können. Das flüssige Wasser als Trägermedium wird dabei separiert und die Messung der gesuchten Stoffe kann im Gasraum auf Basis des „Henry's law” erfolgen.
Mit einer ringartigen Zuführung am Umfang der Membran wird das Gas besser zugeführt und unter der Membran abgesaugt, so dass eine bessere Durchmischung des Messmediums erreicht wird, was ebenfalls die Messung optimiert. Dieses Gas/Messmedium wird geeignet zu einem Sensor transportiert und dort analysiert.
Mittels vorteilhafter Weise mehrerer, nicht im gleichen Abstand vorgesehener Befestigungsschrauben des Rahmens, wird ein aus zwei Teilen bestehender Rahmen gespannt, der die Membran aufnimmt. Auf der flüssigkeitsführenden Seite ist die Membran in dem Rahmen mit ihrer Oberfläche mit abgeschrägtem Rahmen von der Flüssigkeit definiert erreichbar. Zusätzliche mechanische Komponenten wie z. B. Leitbleche können die Strömung auf die Membran hin definiert ausrichten, wie sie für den Anwendungsfall optimal wären.
Um die jeweiligen Gas Zu- und Abführvorrichtungen sind jeweils Dichtungen vorgesehen, so dass keine anderen Gaswege möglich sind, sowie um ein minimales Totraumvolumen im Messkreislauf zu gewährleisten. Weiter sind innerhalb des Rahmens zwischen Rahmen und Membran und Rahmen und Feuchtigkeitsraum Dichtungen vorgesehen, um Flüssigkeitseintritte zwischen den jeweiligen Rahmenteilen und der Membran zu verhindern.
Der die Membran lagernde Rahmen kann dabei nach Entfernen eines Gehäusedeckels aus dem Gehäuse herausgenommen werden, und nur in definierter Ausrichtung und in definierter Arbeitsposition wieder neu befestigt werden.
Die im rechten Teil der Darstellung auf der Rückseite der Membran zu erkennende mittige Gas-Absaug Öffnung ist bevorzugt als einzige Absaugöffnung vorhanden und seitlich davon beabstandet sind zwei oder mehrere Zufuhranschlüsse vorgesehen, die über einen durch eine Kerbe auf der Rückseite am Rand annähernd umlaufenden Ringraum die Gas-Nachlieferung an dem Umfang der Membran sicherstellen. Eine Umkehrung von Zuführung und Absaugung ist dabei möglich.
Durch eine Mehrzahl von Dichtungen ist sichergestellt, dass weder Flüssigkeit in den Gasraum, noch Gas von der Zuführ-Öffnung direkt in die Absaug-Öffnung gelangt.
Dabei wird eine Dichtung im Anschluss an den Außenumfang der Membran positioniert, eine Dichtung an einen vertikalen Teil des Außenrahmens, d. h. an seinem nach außen gerichteten außen Umfang und eine Dichtung an einem vertikalen Teil der beiden ineinander schiebt waren Rahmen teilen vorgesehen.
Der Rahmen besteht dabei vorteilhafter Weise aus einer gestuft ausgebildeten Form, die einen am Unterteil dem Membran haltenden zum Gasraum gerichteten Teil aufweist, an dessen Außenrand kurze Schrauben in den fester ausgeführten zum Flüssigkeitsraum gerichteten Teil reichen, der wiederum mit Schrauben am Gehäuse befestigt ist.
Dadurch, dass der Rahmen gegenüber dem Gehäuse an einer Stufe im Gehäuse abgedichtet ist, die in Flüssigkeitseindringrichtung den die Rahmenteile verbindenden Befestigungsschrauben nachgeordnet ist, die zum Zusammenhalt zweier Rahmenteile dienen, müssen diese nicht gesondert abgedichtet werden, sondern werden so im Flüssigkeit führenden Bereich vor der Dichtung zu liegen kommen, und können dann entsprechend zur Lagerung von Leitblechen dienen, die so nicht am Gehäuse, sondern auf den Einsatzzweck optimiert am Rahmen vorgesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0823055 B1 [0002]
EP 2047249 [0003]

Claims

Messvorrichtung (10) zur Erfassung in Flüssigkeit gelöster oder auch gasförmig vorliegender Stoffe mit einer Flüssigkeitskammer (20) und einer an der Flüssigkeitskammer (20) anliegenden Membran (30), gekennzeichnet durch einen die Membran (30) lagernden, aus dem Gehäuse (40) mit der Membran (30) herausnehmenbaren Rahmen (50), in dem die Membran (30) in definierter Ausrichtung und in definierter Arbeitsposition zum Kontakt mit der in der Flüssigkeitskammer (20) strömenden Flüssigkeit angeordnet ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (50) mit einer nicht symmetrischen Anordnung von Befestigungen (60) versehen ist, wobei diese einer entsprechenden Anzahl von Schraublöchem im Rahmen (50) zugeordnet sind, so dass dann, wenn alle Schrauben durch die Befestigungsdurchlässe hindurch den Rahmen (50) in dem Gehäuse (40) befestigen, eine eindeutige Positionierung gegeben ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite der Membran (30) wenigstens eine Gaszuführung und wenigstens eine Gasentnahme-Öffnung vorhanden ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Versorgungsstutzen durch wenigstens einer Dichtung gegenüber dem Flüssigkeitsraum abgedichteten Gaskanals vorgesehen sind.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung und Gasentnahme-Anschlüsse jeweils gegenüber einer Bodenseite des die Membran (30) tragenden Rahmens (50) mit wenigsten einer eigenen Dichtung abgedichtet sind.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (50) gegenüber dem Gehäuse (40) an einer Stufe im Gehäuse (40) abgedichtet ist, die einer Befestigungsschraube nachgeordnet ist, die zum Zusammenhalt zweier Rahmenteile dient, die so im Flüssigkeit führenden Bereich vor der Dichtung zu liegen kommt.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (50) zweiteilig ausgebildet ist, die die Fügefläche in einen zur wasserführenden Kammer weisenden Bereich und einen zur gasführenden Kammer weisenden Abschnitt auf Teilens, wobei sowohl gegen unerwünschten Flüssigkeitseintritt wie unerwünschte Gaswege sperrende Dichtungen benachbart der Membran (30) angeordnet ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (30) zwischen zwei Rahmenteilen eingespannt ist, und wenigstens an dem zum Flüssigkeit führenden Bereichs weisenden Rahmenteil ein die Membran (30) auf die Oberseite, d. h. auf die Flüssigkeit berührende Fläche auf drückende Dichtung vorgesehen ist und ein weitere Dichtung den Umfang der Membran (30) umgibt.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass mechanische Komponenten zur definierten Führung der Flüssigkeit vorgesehen sind, die an einem oder mehreren Bauteil aus der Gruppe: Befestigungsschrauben des Rahmens (50) im Gehäuse (40), Deckplatte des Gehäuse (40)s, Innen-Umfang des Gehäuse (40)s und Befestigungsschrauben der beiden Rahmenteile zueinander befestigt sind.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Flüssigkeitsumlenkung versehener Zufluss in den flüssigkeitsführenden Raum ausgebildet ist, und ein Flüssigkeit abführender Abfluss vorgesehen ist.