DE102011013003A1

DE102011013003A1 - Durchströmbare pH-Messzelle

Info

Publication number: DE102011013003A1
Application number: DE102011013003A
Authority: DE
Inventors: Dr. Platte Daniel; Dipl.-Ing. Schroeren Peter; Dipl.-Ing. Schell Ingo; Dipl.-Ing. Danulat Jürgen; Dr. Reese Andreas
Original assignee: Optek Danulat GmbH
Current assignee: Optek Danulat GmbH
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-03-05
Also published as: DE102011013003B4; WO2012119881A1; DE102011013003C5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine durchströmbare pH-Messzelle mit:
– einer Eintrittsöffnung (2) zum Einlauf des Fluids,
– einer Austrittsöffnung (3) zum Auslauf des Fluids,
– einem, insbesondere einzigen, zwischen der Eintrittsöffnung (2) und Austrittsöffnung (3) angeordnetem Messraum (4),
– einer pH-Messaufnahme (8) zur Aufnahme eines stabförmigen Aufnahmeabschnitts (21) einer Einstabmesskette (20) zur Messung des pH-Werts des Fluids in der Messzelle (1), wobei
a) die pH-Messaufnahme (8) eine Einstecköffnung (6) aufweist, durch die der Aufnahmeabschnitt (21) in einer Steckrichtung S steckbar ist, und wobei
b) die pH-Messaufnahme (8) einen Anschlag (9) zur Begrenzung einer Einstecktiefe der Einstabmesskette (20) aufweist, und wobei
c) die pH-Messaufnahme (8) Lagermittel zur Beaufschlagung der Einstabmesskette (20) im Aufnahmeabschnitt (21) mit einer quer zur Steckrichtung S wirkenden Lagerkraft aufweist, und wobei
d) Komprimiermittel zur Komprimierung eines im Aufnahmeabschnitt (21) anordenbaren Dichtrings (23) der Einstabmesskette (20) zur Abdichtung des Messraums (4) gegenüber der Umgebung vorgesehen sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein System aus einer solchen Messzelle (1) und einem Spannbügel (30) zur Komprimierung des Dichtrings (23).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine durchströmbare pH-Messzelle gemäß Patentanspruch 1 und ein System gemäß Patentanspruch 10.
Für pH-Messungen werden in der Industrie bevorzugt Einstabmessketten mit etwa 12 mm Durchmesser und 120 mm Eintauchlänge eingesetzt, wobei eine Vielzahl unterschiedlicher Ausführungen für unterschiedliche Prozessbedingungen vorhanden ist.
Vielfach ist es wünschenswert, das Volumen des Messraums möglichst klein zu halten, um möglichst wenig Fluid für die Messung zu „verbrauchen”.
Meist gestaltet sich die Montage der Einstabmesskette in die Messzelle als schwierig, da eine sichere Abdichtung des Messraums gewährleistet sein muss. Dabei ist es außerdem wichtig, die Einstabmesskette nicht zu beschädigen.
Bei manchen Messzellenanwendungen ist es erforderlich, die Messzelle häufig zu reinigen oder eine Reinigung ist nur mit erheblichem Aufwand möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine flexibel und vielseitig einsetzbare, kostengünstig herstellbare und einfach montierbare pH-Messzelle anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen systemgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beansprucht sein. Ebenso sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als systemgemäß offenbart gelten und beansprucht sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Messzelle so auszubilden, dass die pH-Elektrode, insbesondere in Form einer Einstabmesskette, bei der Montage durch eine entspannte (insbesondere als O-Ring ausgebildete) Dichtung geführt wird und erst in der eingeführten Position der pH-Elektrode eine Abdichtung durch Komprimierung der Dichtung erfolgt. Durch die Komprimierung kann einerseits eine Dichtwirkung und andererseits eine Klemmwirkung erzeugt werden, so dass die Ausgestaltung der Messzelle zu einer Doppelfunktion der Dichtung/Messzelle führt.
Es ist insbesondere denkbar, die Komprimierung der Dichtung durch ein externes (also außerhalb der Messzelle, insbesondere zusätzlich, vorgesehenes) Komprimierelement (insbesondere einen Spannbügel) vorzusehen. Umso einfacher und kostengünstiger kann die Messzelle (insbesondere die vom Fluid beaufschlagten Bauteile) ausgebildet sein.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Messzelle zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend aus Kunststoff und/oder Gummi auszubilden. Somit ist eine kostengünstige Herstellung der Messzelle möglich. Außerdem ist die Messzelle als Einwegmesszelle ausführbar.
Anders ausgedrückt ist die Betriebsposition durch Aufbringung einer Komprimierkraft in Steckrichtung der pH-Elektrode ausschließlich von außerhalb der Messzelle auf die Dichtung, gegebenenfalls in Kombination mit einem Adapter für die pH-Elektrode, erreichbar. Ausschließlich von außerhalb heißt, dass an der Messzelle selbst keine mechanischen Mittel zur Druckbeaufschlagung vorgesehen sind. Die Messzelle kann somit eine äußerst einfach und kostengünstig herstellbare Geometrie aufweisen.
Auch ist es erfindungsgemäß denkbar, dass der Messraum durch einen Messzellenkörper gebildet wird, an welchem die pH-Messaufnahme angeformt ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, den Messzellenkörper aus zwei Hälften, ja sogar einteilig, insbesondere aus einem einheitlichen Material, herzustellen. Die Messzelle ist als Einwegmesszelle herstellbar, insbesondere hergestellt aus überwiegend, vorzugsweise mindestens 90%, noch bevorzugter mindestens 95%, chemischen Elementen mit einer Ordnungszahl kleiner 17. Somit ist die Messzelle so weit gammadurchlässig, dass eine vollständige und homogene Beaufschlagung des Messraums mit Gammastrahlen zur Desinfektion möglich ist. Auf diese Weise wird die Herstellung zum Versand beziehungsweise Transport der erfindungsgemäßen Messzellen stark vereinfacht, da die Messzellen im verpackten Zustand mit Gammastrahlen beaufschlagt und entsprechend desinfiziert werden können. Somit kann eine Kontamination bei der Verpackung der Messzellen ausgeschlossen werden und die Verpackung entsprechend kostengünstig durchgeführt werden.
Soweit der Anschlag einen, insbesondere scheibenförmigen, Stützring umfasst, ist die Messzelle optimal an verschiedene Einstabmessketten zum Einbauen in die Messzelle anpassbar. Der Stützring kann bei der Herstellung des Standardmesszellenkörpers in der jeweils passenden Form, insbesondere mit vorgegebenem Innendurchmesser, in den Messzellenkörper fixiert werden, insbesondere durch Kleben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Komprimiermittel aus dem Anschlag und einem Gegenanschlag zur Abstützung der Einstabmesskette entgegen der Steckrichtung S bestehen. Somit ist auf einfachste mechanische Weise eine Klemmung der Dichtung zwischen dem Anschlag und dem Gegenanschlag in der exakt vorgegebenen Einstecktiefe mit einer definierten Eintauchlänge der Einstabmesskette vorgesehen, wobei erst in der vollständig eingesteckten Stellung eine Komprimierung der Dichtung erfolgt oder eine Komprimierung nach Erreichen der Einsteckstellung durch mechanische Komprimiermittel, insbesondere externe mechanische Komprimiermittel, vorgesehen ist.
Dabei ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sinnvoll, dass die Komprimiermittel einen, insbesondere mit dem Gegenanschlag verrastbaren, Adapter zur Adaptierung und/oder Aufnahme und/oder Stabilisierung der Einstabmesskette aufweisen und der Adapter mit einer in Steckrichtung S wirkenden Kompressionskraft beaufschlagbar ist. Erfindungsgemäß kann ein Adapter damit nicht nur zur Komprimierung, sondern auch zur Anpassung der Messzelle an verschiedene Einstabmessketten genutzt werden und erfüllt damit eine Doppelfunktion. Eine weitere Funktion übernimmt der Adapter, indem er die Einstabmesskette gegen Einflüsse von außen, insbesondere gegen Beschädigung, beispielsweise durch Drehmoment, schützt.
Hierbei kann es erfindungsgemäß von Vorteil sein, wenn der Adapter eine entgegen der Steckrichtung S weisende Schulter aufweist, an der die Kompressionskraft, insbesondere durch einen, vorzugsweise die Messzelle umgreifenden, Spannbügel aufbringbar ist. Somit ist auch der Adapter ähnlich der Messzelle auf einfache Art und Weise und kostengünstig herstellbar, wobei der Adapter möglicherweise für mehrere Messdurchgänge verwendbar ist, da ein Kontakt mit dem im Messraum strömenden Fluid erfindungsgemäß nicht vorgesehen ist. Der Adapter beaufschlagt die Dichtung also von außen, während der Stützring beziehungsweise der Anschlag auf der gegenüberliegenden Seite der Dichtung, also zum Messraum hin, angeordnet ist.
Soweit die Komprimierung teilweise in Steckrichtung S und teilweise in Richtung des Umfangs des Aufnahmeabschnitts erfolgt, also vorzugsweise durch Beaufschlagung der Dichtung schräg zur Steckrichtung S, wird nicht nur eine ideale Abdichtung des Messraums gegenüber der Umgebung erreicht, sondern auch eine Fixierung der Einstabmesskette im Messraum, so dass auch bei höheren Fluiddrücken eine sichere Positionierung/Fixierung der Einstabmesskette im Messraum vorgesehen ist.
Als eigenständige Erfindung ist ein System aus einer vorbeschriebenen Messzelle und einem Spannbügel zur Komprimierung des Dichtrings vorgesehen. Analog dem Adapter kann der Spannring für mehrere Messdurchgänge vorgesehen sein, da ein Kontakt mit dem Fluid erfindungsgemäß nicht vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist es außerdem denkbar, ein Set bestehend aus einer vorbeschriebenen Messzelle und mehreren Adaptern für verschiedene Einstabmessketten und einem oder mehreren Spannbügeln vorzusehen, damit das Set universell einsetzbar ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems aus einer Messzelle, einem Spannbügel und einem Adapter sowie einer Einmesskette,
2 eine Querschnittsansicht des Systems aus 1 und
3 eine Querschnittsansicht des Systems aus 1.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit den gleichen Funktionen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist eine mit einem Fluid durchströmbare Messzelle 1 eingezeigt, die einen von einem Messzellenkörper 5 begrenzten Messraum 4 (siehe 2 und 3) aufweist. Der Messraum 4 wird von dem Fluid durchströmt, dessen pH-Wert mit einer in den Messraum 4 steckbaren Einstabmesskette 20 gemessen wird.
Die Einstabmesskette 20 ragt in ihrer in den Figuren dargestellten in Steckrichtung S eingesteckten Position zumindest bis zur Hälfte in den Messraum 4 hinein, beim konkreten Ausführungsbeispiel bis hin zu einer Eintrittsöffnung 2, durch welche das Fluid in den Messraum 4 eintritt. Hierdurch wird eine Minimierung des Fluidvolumens im Messraum 4 bei gleichzeitiger Maximierung der Messstrecke entlang der pH-Elektrode erreicht.
Der in die Messzelle 1 ragende Abschnitt ist als Aufnahmeabschnitt 21 gekennzeichnet und weist eine stabförmige Form auf, wie die Einstabmesskette im übrigen hauptsächlich eine Kreiszylinderform aufweist. An ihrer Messspitze 24 besteht die Einstabmesskette aus einem sich. verjüngenden Abschnitt und der kugelförmigen Messspitze 24.
Die Einstabmesskette 20 beziehungsweise der stabförmige Aufnahmeabschnitt 21 sind durch eine Einstecköffnung 6 in den Messraum 4 in der Steckrichtung S einsteckbar. Auf der Einstabmesskette 20 beziehungsweise dem stabförmigen Aufnahmeabschnitt 21 sitzt ein Dichtring 23, der bei der Montage im Unterschied zu Ausführungsformen gemäß Stand der Technik locker sitzt und somit entlang der Einstabmesskette 20 einfach verschiebbar ist. Eine Dichtwirkung, insbesondere bei anliegendem Fluiddruck hat der Dichtring 23 zu diesem Zeitpunkt noch nicht. Somit wird das Einstecken der Einstabmesskette 20, aber auch das Aufschieben des Dichtrings 23 auf die Einstabmesskette 20 stark vereinfacht, so dass eine Beschädigung der empfindlichen Einstabmesskette 20 vermieden wird.
Beim Einstecken, zumindest aber in der eingesteckten Position liegt der Dichtring 23 an einem Stützelement 22 (Stützscheibe) an, das vor dem Einstecken, insbesondere bei der Herstellung des Messzellenkörpers 5, in die in 1 gezeigte Position eingesetzt und vorzugsweise fixiert wird. Der Aufnahmeabschnitt 21 wird durch die Stützscheibe 22 hindurch gesteckt, bis ein die Einstabmesskette 20 umgebender Adapter 7 an einer zur Einstabmesskette 20 weisenden Schulter 12 einrastet. Hierzu sind am Adapter 7 Rastnasen 13 vorgesehen.
Die Stützscheibe bildet bei der gezeigten Ausführungsform den Anschlag 9 und die Schulter 13 bildet einen Gegenanschlag 10, der in Steckrichtung S gerichtet ist und damit ein Herausziehen des Adapters 7 und der Einstabmesskette 20 verhindert.
Schon ohne zusätzliche Hilfsmittels wird der Dichtring 23 in seiner Betriebsposition gehalten und geringfügig komprimiert.
Durch den den Messzellenkörper 5 umgreifenden Spannbügel 30 wird der Adapter 7 an einer entgegen der Steckrichtung S weisenden Schulter 14 in Steckrichtung S mit einer Druckkraft beaufschlagt. Dies erfolgt durch eine an der gegenüberliegenden Seite des Messzellenkörpers 5 anliegende Spannschraube 31. Die Spannschraube 31 stützt sich an der zur Einstecköffnung 6 gegenüberliegenden Stirnwand 15 des Messzellenkörpers 5 ab.
Arme 17 des Spannbügels 30 wirken unter Spannung als Gegenanschlag 10 und übernehmen die Funktion der Schulter 12, sobald durch die Schraube 31 eine Zugkraft auf die Arme 17 aufgebracht wird.
Der Adapter 7 kontaktiert den Dichtring 23 an einer ringförmigen Komprimierfläche 16 und durch die in Steckrichtung S weisende Spannkraft des Spannbügels 30 wird der Dichtring 23 an den Umfang der Einstabmesskette 20 im Aufnahmeabschnitt 21 und gleichzeitig an die Stützscheibe 22 gepresst. Hierdurch wird der Messraum 4 abgedichtet, indem der Dichtring 23 dicht an dem Stützring 22 und gleichzeitig dicht an dem Umfang des Aufnahmeabschnitts 21 anliegt.
Der Adapter 7 erstreckt sich von dem Aufnahmeabschnitt 21 bis zu einem Fixierabschnitt 25 der Einstabmesskette und schützt damit die Einstabmesskette 20 wirksam vor Beschädigungen.
Die Montage der Einstabmesskette 20 mit der Messzelle 1 ist denkbar einfach und durch Vorsehen verschiedener Adapter 7 und/oder Stützscheiben 22 ist das System universell einsetzbar.
Erfindungsgemäß ist eine Ausführung des Spannbügels denkbar, bei der der Spannbügel den Messzellenkörper 5 zusätzlich an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Eintrittsöffnung 2 und der Austrittsöffnung 3 abstützend ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Aufnahme in Form einer Tasche mit Ausschnitten von der in Richtung der Einstabmesskette weisenden Taschenöffnung für die Eintrittsöffnung 2 und die Austrittsöffnung 3. Durch die Ausschnitte ist der Spannbügel derart flexibel ausgebildet, dass Seitenarme (analog der Wirkung der Arme 17) mit dem Adapter 7 verrasten (Rastverbindung mit Wirkung entgegen der durch die Spannschraube erzeugten Spannung).
Bezugszeichenliste

1: Messzelle
2: Eintrittsöffnung
3: Austrittsöffnung
4: Messraum
5: Messzellenkörper
6: Einstecköffnung
7: Adapter
8: pH-Messaufnahme
9: Anschlag
10: Gegenanschlag
11: Stützring
12: Schalter
13: Rastnasen
14: Schulter
15: Stirnwand
16: Komprimierfläche
17: Arme
20: Einstabmesskette
21: Stabförmiger Aufnahmeabschnitt
22: Stützelement
23: Dichtring
24: Messspitze
25: Fixierabschnitt
30: Spannbügel
31: Spannschraube
S: Steckrichtung

Claims

Durchströmbare pH-Messzelle mit: – einer Eintrittsöffnung (2) zum Einlauf des Fluids, – einer Austrittsöffnung (3) zum Auslauf des Fluids, – einem, insbesondere einzigen, zwischen der Eintrittsöffnung (2) und Austrittsöffnung (3) angeordnetem Messraum (4), – einer pH-Messaufnahme (8) zur Aufnahme eines stabförmigen Aufnahmeabschnitts (21) einer Einstabmesskette (20) zur Messung des pH-Werts des Fluids in der Messzelle (1), wobei a) die pH-Messaufnahme (8) eine Einstecköffnung (6) aufweist, durch die der Aufnahmeabschnitt (21) in einer Steckrichtung S steckbar ist, und wobei b) die pH-Messaufnahme (8) einen Anschlag (9) zur Begrenzung einer Einstecktiefe der Einstabmesskette (20) aufweist, und wobei c) die pH-Messaufnahme (8) Lagermittel zur Beaufschlagung der Einstabmesskette (20) im Aufnahmeabschnitt (21) mit einer quer zur Steckrichtung S wirkenden Lagerkraft aufweist, und wobei d) Komprimiermittel zur Komprimierung eines im Aufnahmeabschnitt (21) anordenbaren Dichtrings (23) der Einstabmesskette (20) zur Abdichtung des Messraums (4) gegenüber der Umgebung vorgesehen sind.
Messzelle gemäß Patentanspruch 1, bei der die Steckrichtung S der Einstabmesskette (20) quer zur Eintrittsöffnung (2) und/oder quer zur Austrittsöffnung (3) verläuft.
Messzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Messzelle (1) zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, aus Kunststoff und/oder Gummi gebildet ist.
Messzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Messraum (4) durch einen Messzellenkörper (5) gebildet wird, an welchem die pH-Messaufnahme (8) angeformt ist.
Messzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Anschlag (9) einen, insbesondere scheibenförmigen, Stützring (11) umfasst.
Messzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Komprimiermittel aus dem Anschlag (9) und einem Gegenanschlag (10) zur Abstützung der Einstabmesskette (20) entgegen der Steckrichtung S bestehen.
Messzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Komprimiermittel einen, insbesondere mit dem Gegenanschlag (10) verrastbaren, Adapter (7) zur Adaptierung und/oder Aufnahme und/oder Stabilisierung der Einstabmesskette (20) aufweisen und der Adapter (7) mit einer in Steckrichtung S wirkenden Kompressionskraft beaufschlagbar ist.
Messzelle nach Anspruch 7, bei der der Adapter (7) eine entgegen der Steckrichtung S weisende Schulter (14) aufweist, an der die Kompressionskraft, insbesondere durch einen, vorzugsweise die Messzelle (1) umgreifenden, Spannbügel (30), aufbringbar ist.
Messzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Komprimierung teilweise in Steckrichtung S und teilweise in Richtung des Umfangs des Aufnahmeabschnitts (21) erfolgt.
System aus einer Messzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Spannbügel (30) zur Komprimierung des Dichtrings (23).
System nach Anspruch 10 mit einer Einstabmesskette (20).