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Die Erfindung betrifft einen Sensorträger, der insbesondere in einer Vorrichtung zur Füllstandsmessung Verwendung findet.
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Die Messung von Füll- bzw. Pegelständen in Flüssigkeitsbehältern oder -becken stellt insbesondere im Umfeld von kerntechnischen Anlagen wie Kernkraftwerken oder Zwischenlagern für Brennelemente eine besondere Herausforderung dar. In einigen Kernkraftwerken werden recht störanfällige Instrumente oder Instrumente mit ungenügendem Messbereich eingesetzt. Beispielsweise sind bei Lagerbecken für Brennelemente (engl. Spent Fuel Pool) Messbereiche von bis zu 15 m oder mehr gefordert, die durch herkömmliche Messinstrumente nur mit einigem Aufwand zuverlässig abzudecken sind. Zum Teil wurden hochspezialisierte Lösungen entwickelt, die entsprechend aufwendig und kostenintensiv sind. Derartige Lösungen beruhen unter anderem auf Einperlverfahren (Druckmessung), Entfernungsmessung mittels Radar, Schwimmersystemen, z. B. mit Schnuraufwicklung oder mit Magnetschaltern etc.
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Derartige Systeme sind jedoch häufig schwierig zu transportieren und zu installieren, aufwendig in der Wartung und anfällig gegen äußere Einflüsse wie z. B. radioaktive Strahlung. Insbesondere erweisen sie sich in der Regel als empfindlich und fehleranfällig gegenüber starken Erschütterungen, insbesondere bei Erdbeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensorträger und eine zugehörige Vorrichtung zur Füllstandsmessung anzugeben, die die genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere sind bei einfach und kostengünstig gehaltenem Aufbau eine hohe Strahlungsresistenz und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Erschütterungen in Form von Erdbebenstößen und dergleichen gefragt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Sensorträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner ist eine auf der Basis eines derartigen Sensorträgers ausgebildete Vorrichtung zur Füllstandsmessung gemäß Anspruch 16 vorgesehen.
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Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterentwicklungen des Grundkonzeptes sind Gegenstand der Unteransprüche und gehen im Übrigen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung hervor.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Anordnung von Messsensoren bedarfsgerecht auf U-Profilelementen (mit jeweils vorzugsweise ca. 2,5 bis 3 m Länge), wobei bevorzugt der gegenüberliegende Schenkel des für die Montage der Sensoren verwendeten Schenkels als Gegenelektrode, insbesondere als Gegenkathode, genutzt werden kann. Die Konstruktion ist aber auch geeignet für Sensoren mit zwei integrierten Elektroden oder für Messanordnungen mit einer Elektrode an einem Schenkel und einer zugehörigen Elektrode am anderen Schenkel. Die Sensoren erzeugen bei Pegeländerung bevorzugt aufgrund der Leitfähigkeitsdifferenz von z. B. Wasser und Luft oder Wasserdampf (auch andere Medien sind denkbar) ein entsprechendes Signal, welches Rückschlüsse auf die Pegeländerung und ggf. die absolute Pegelhöhe zulässt. Mehrere U-Profilelemente sind untereinander flexibel und stoßfest durch Metallleisten oder -stege verbunden und werden bei Auslenkung aus ihrer Ruhelage durch Gewichtskraft einerseits und durch Federelemente andererseits wieder automatisch in ihre Ausgangslage zurückgestellt. Aufgrund der zusätzlich wirkenden Flüssigkeitsdämpfung im mit Flüssigkeit gefüllten Becken entsteht so gewissermaßen eine aus mehreren Feder-Dämpferelementen gebildete Kette mit erschütterungssicherer Aufhängung. Es wird keine aufwendige Trägerkonstruktion benötigt.
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Durch einen derartigen Elektrodenkamm ist eine zuverlässige Messung verhältnismäßig großer Füllstandsänderungen und/oder Füllstandshöhen im Flüssigkeitsbehälter oder -becken bei starken Erschütterungen, insbesondere unter Erdbebenstößen, ermöglicht. Der besonders einfache, modulare Aufbau des Elektrodenkamms ermöglicht einen einfachen Transport zum Einsatzort sowie Ein- und Ausbau und gewährleistet eine hohe Flexibilität bei der Anordnung der Sensoren. Ein besonders bevorzugter Anwendungsfall ist die Wassertiefenmessung in einem Brennelemente-Lagerbecken einer kerntechnischen Anlage, auch und gerade in Störfallsituationen (Accident-Level Measurement).
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen in schematisierter und vereinfachter Darstellung:
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1 eine perspektivische Ansicht eines modular aus mehreren Trägerelementen aufgebauten Sensorträgers als Bestandteil einer Vorrichtung zur Füllstandsmessung, hier in einem Lagerbecken für Brennelemente in einem Kernkraftwerk,
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2 ein einzelnes Trägerelement des Sensorträgers gemäß 1 in vergrößerter perspektivischer Ansicht, und
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3 einen Sensor zur Anbringung in dem Sensorträger gemäß 1 in einer Längsschnittdarstellung.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die zum Teil vorhandenen Maßangaben in Millimetern sind rein beispielshaft zu verstehen.
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Der in 1 in einer perspektivischen Übersicht dargestellte Sensorträger 2 ist Bestandteil einer Vorrichtung 4 zur Füllstandsmessung in einem Flüssigkeitsbehälter, hier beispielsweise in einem Lagerbecken 8 für Brennelemente in einem Kernkraftwerk oder in einem Zwischenlager. An dem in vertikaler Richtung (z-Richtung) in das Lagerbecken 8 eintauchenden Sensorträger 2 ist eine Mehrzahl von Sensoren 10 oder Messsonden angebracht, und zwar vorzugsweise in ungefähr regelmäßigen, äquidistanten Abständen zueinander. Jeder der Sensoren 10 ermittelt beispielsweise durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit des ihn umgebenden Mediums, ob er in die Flüssigkeit eintaucht, welche normalerweise bis zu einer Füllstandshöhe oder Pegelhöhe in dem Lagerbecken 8 vorhanden ist, oder ob er in der darüber befindlichen Gasphase (verdampfte Flüssigkeit und/oder Umgebungsatmosphäre) liegt. Die Auswertung der Messsignale der Sensoren 10 erfolgt zweckmäßigerweise in einer außerhalb des Lagerbeckens 8 angeordneten, hier nur schematisch angedeuteten elektrischen / elektronischen Auswerteeinheit 12. Somit lässt sich aus den Messsignalen aller Sensoren 10, deren konstante Anbringungshöhe in dem Lagerbecken 8 bekannt ist, eine Aussage über die aktuelle Füllstandshöhe der Flüssigkeit in dem Lagerbecken 8 ableiten. Dabei ist die Ortsauflösung (z-Auflösung) durch den Abstand der Sensoren 10 zueinander in vertikaler Richtung bestimmt.
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Für den hier speziell vorgesehenen Anwendungszweck, nämlich die Füllstandsmessung in einem Lagerbecken 8 für Brennelemente in einem Kernkraftwerk, wird der vertikale Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sensoren 10 – und somit die Genauigkeit der Messung – von beispielsweise 250 mm bis 500 mm als ausreichend betrachtet. Der in vertikaler Richtung abgedeckte Messbereich beträgt beispielsweise 7 m bis 15 m, so dass insgesamt typischerweise zwischen 14 und 60 Sensoren benötigt werden. Selbstverständlich können einzelne Messpositionen im Sinne einer Redundanz auch mehrfach besetzt sein, und/oder es können Zwischenpositionen im Messbereich besetzt sein. Eine Anbringung der Sensoren 10 in unregelmäßigen Abständen zueinander ist ebenfalls möglich. Beispielsweise kann die Sensordichte um eine erwartete normalbetriebliche Füllstandshöhe herum oder im Bereich einer als kritisch angesehenen Füllstandshöhe größer sein als in den anderen Bereichen des Messintervalls, etwa den Randbereichen. Der Mindestabstand der Sensoren 10 ist durch deren eigene räumliche Ausdehnung bzw. Bauform (siehe unten) bestimmt und beträgt typischerweise rund 25 mm. Dementsprechend ist die bestenfalls erreichbare Ortsauflösung der Füllstandsmessung bei einreihiger Anordnung der Sensoren auf diesen Wert festgelegt (bei mehrreihiger Anordnung lässt sich eine noch kleinere Auflösung erzielen).
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Die Sensoren 10 sollten zweckmäßigerweise so angeordnet werden, dass sie im Normalbetrieb eindeutig oberhalb oder unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche liegen.
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Auf diese Weise wird beim Einsatz in einem Lagerbecken 8 für Brennelemente, welches normalerweise mit boriertem Wasser gefüllt ist, die Bildung einer Kruste aus Borsalzen oder dergleichen verhindert. Schwankt beispielsweise im Normalbetrieb der Pegel um maximal 2 bis 3 cm, so kann einer der Sensoren etwa 1 cm oberhalb des erwarteten Höchststandes und ein anderer Sensor 1 cm unterhalb des Tiefstandes angeordnet werden.
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Der Sensorträger 2 gemäß 1 ist bei großer Flexibilität der Anordnung der Sensoren 10 für eine besonders geringe Empfindlichkeit gegenüber radioaktiver Strahlung und gegenüber Stößen, insbesondere im Falle eines Erdbebens, und für eine besonders einfache Herstellung sowie Montage und Demontage am Einsatzort ausgelegt. Zu diesem Zweck ist der Sensorträger 2 modular nach Art einer Kette mit flexibel miteinander über Verbindungelemente verbundenen Kettengliedern ausgebildet, wobei zum einen durch die wirkende Gewichtskraft und zum anderen durch zusätzliche Federelemente eine Ausrichtung bzw. bei Auslenkung eine Rückführung in die Ruhelage bewerkstelligt wird. Aufgrund der zusätzlich wirkenden Flüssigkeitsdämpfung in dem mit Flüssigkeit gefüllten Flüssigkeitsbehälter oder -becken entsteht so ein (multiples) Feder-Dämpferelement.
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Der konkrete Aufbau geht aus 2 hervor, welche ein einzelnes Trägerelement 14 des Sensorträgers 2 in vergrößerter perspektivischer Ansicht zeigt. Das in Einbauausrichtung gezeigte, entlang der z-Richtung orientierte Trägerelement 14 umfasst ein handelsübliches U-Profilelement 16 (kurz: U-Profil) aus z. B. gewalztem, gezogenem oder gepresstem Profilstahl und besitzt über seine gesamte Länge einen konstanten U-förmigen Querschnitt mit einer flachen Basisplatte 18 und zwei im Wesentlichen senkrecht von der Basisplatte abstehenden Flanschen oder Schenkeln 20. Wie aus 2 ersichtlich, können die Innenflächen der Schenkel 20 leicht gegenüber der Senkrechten auf der Basisplatte 18 geneigt sein, so dass sich die Öffnung zwischen den beiden Schenkeln 20 nach außen hin (in x-Richtung) leicht verbreitert. Die Länge des U-Profils 16 in z-Richtung beträgt beispielsweise rund 2.500 mm, die Breite in y-Richtung beträgt beispielsweise rund 65 mm und die Breite / Tiefe in x-Richtung beträgt beispielsweise rund 40 mm. Die Dicke der symmetrisch zueinander ausgebildeten Schenkel 20, jeweils gemessen an dem sich auf der Basisplatte 18 abstützenden Fußende, beträgt beispielsweise rund 5 mm, und ebenso dick ist vorzugsweise die Basisplatte 18. Das U-Profil 16 kann mit gewichtseinsparenden Ausfräsungen in der Basisplatte 18 und/oder in den Schenkeln 20 versehen sein.
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Das auch als U-Träger bezeichnete U-Profil 16 ist an seiner Oberfläche bevorzugt mit einer korrosionshemmenden Beschichtung versehen oder anderweitig vergütet, insbesondere verchromt oder brüniert. Alternativ kann auch ein hochwertiger Edelstahl verwendet werden. Entsprechendes gilt für die weiteren, noch zu beschreibenden Stahlbauteile. Generell können anstelle von Stahl auch andere geeignete Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden, je nach Anwendungsfeld ggf. auch Kunststoffe.
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Sowohl am oberen Ende als auch am unteren Ende ist das Trägerelement 14 gemäß 2 dafür eingerichtet, mit benachbarten Trägerelementen 14 flexibel verbunden zu werden, um im verbundenen Zustand den gesamten Sensorträger 2 gemäß 1 auszubilden. Bei einer Beckentiefe des Lagerbeckens 8 von rund 15 m und einer Länge der einzelnen Trägerelemente 14 von rund 2,5 m können demnach fünf bis sechs Trägerelemente 14 vorgesehen sein – je nach z-Ausdehnung der Anschlüsse am obersten und am untersten Trägerelement 14 und der Verbindungselemente zwischen den Trägerelementen 14.
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Die Verbindung zwischen zwei Trägerelementen 14 wird gemäß 2 durch ein Verbindungselement 22 mit einer flachen Leiste 24 oder Platte bewirkt, die mit zwei voneinander beabstandeten, zueinander parallelen Bohrungen oder Ausnehmungen 26 im Leistenkörper versehen ist und dort jeweils nach Art eines Pendels drehbar um einen zugeordneten, am jeweiligen Trägerelement 14 fixierten Haltestab 28 gelagert ist. Die Leiste 24 ist bevorzugt aus einem geeigneten Metall, z. B. Stahl gefertigt. Sie besitzt zweckmäßigerweise die Gestalt eines flachen Quaders mit Abmessungen von beispielsweise 30 × 10 × 70 mm in x, y und z-Richtung.
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Der parallel zur Basisplatte 18 und senkrecht zu den beiden Schenkeln 20 des U-Profils 16, hier in y-Richtung ausgerichtete Haltestab 28 ist bevorzugt als Rundstab, beispielsweise aus Stahl, mit einem Durchmesser von beispielsweise 5 mm ausgebildet. Er ist durch zugehörige passgenaue Bohrlöcher oder Ausnehmungen 30 in den Schenkeln 20 geführt und darin mittels Klemmringen 32 oder dergleichen und/oder durch Verschraubung fixiert. Es kann auch nur in einem der Schenkel 20 eine Ausnehmung 30 vorgesehen sein, während in dem gegenüberliegenden Schenkel 20 beispielsweise eine Vertiefung als Axiallager für den Haltestab 28 ausgebildet ist. Der Haltestab 28 bildet damit gewissermaßen eine feststehende Welle, die durch die zugeordnete Ausnehmung 26 der Leiste 24 hindurchgeführt ist, so dass die in der Ruhelage parallel zum U-Profil 16, also entlang der z-Richtung ausgerichtete Leiste 24 innerhalb gewisser Grenzen, die durch die umliegenden Teile definiert werden, frei um den Haltestab 28 schwingen kann (Gleitlagerung).
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Durch diese Konstruktion ist beispielsweise das in 2 dargestellte Trägerelement 14 an seinem oberen Ende mit einem hier nicht dargestellten, darüber liegenden Trägerelement 14 durch das gemeinsame Verbindungselement 22 pendelnd verbunden, wobei die in y-Richtung ausgerichteten Haltestäbe 28 die Pendelachsen definieren. Damit ist im Wesentlichen eine Auslenkung der Trägerelemente 14 in x-Richtung ermöglicht. In y-Richtung sind die Verbindungselemente 22 auf den Haltestäben 28 verschiebbar, so dass die Trägerelemente 14 auch in dieser Richtung aus der Ruhelage relativ zueinander, gegenüber der geradlinigen Ruhelage ausgelenkt werden können. Zur Dämpfung dieser Auslenkungen und zur Rückstellung in die Ruhelage sind Federelemente 34 vorgesehen. Die Federelemente 34 besitzen hier im Ausführungsbeispiel die Gestalt von als Druckfedern ausgelegten Tellerfedern, die die Haltestäbe 28 umgreifen und sich einerseits auf dem jeweiligen Schenkel 20 des U-Profils 16 und andererseits auf der Leiste 14 abstützen. Durch die symmetrische Bauweise mit jeweils zwei gleichartigen Federelementen 34 (in 2 ist nur das rechte dargestellt), die von beiden Seiten auf die Leiste 24 einwirken, wird die Rückstellung in die Ruhelage bezüglich der y-Richtung gewährleistet. Tellerfedern oder alternativ Ringfedern haben den Vorteil, dass sie bei kleinem Einbauraum verhältnismäßig große Rückstellkräfte erzeugen können, die für große Massen erforderlich sind. Für die Verbindung am unteren Ende des Trägerelements 14 gilt entsprechendes.
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Weitere Freiheitsgrade sind bevorzugt dadurch realisiert, dass die Ausnehmungen 26 in der Leiste 24 des Verbindungselementes 22 als Langlöcher 36, 38 ausgeführt sind, so die Haltestäbe 28 darin entlang zumindest einer Richtung hin und hergleiten können. Es kann aber auch eine Bewegungsfreiheit in zwei Richtungen vorgesehen sein, etwa bei Ovallöchern oder Rundlöchern mit entsprechend großem Durchmesser / großen Abmessungen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist das untere Langloch 38 in der Leiste 24 in Bezug auf deren Ruhestellung entlang der Längsrichtung von U-Profil 16 und Leiste 24, also in z-Richtung ausgerichtet, während das obere Langloch 36 senkrecht dazu, nämlich in x-Richtung ausgerichtet ist. Die Längsausdehnung der Langlöcher 36, 38 ist beispielsweise derart beschaffen, dass der jeweilige Haltestab 28 darin 5 mm oder mehr Spielraum in Längsrichtung des Langlochs 36, 38 hat. Gerade durch diese Maßnahme wird eine besonders flexible Auslenkung der Trägerelemente 14 in alle möglichen Richtungen bei Erdbebenstößen und dergleichen gewährleistet. Insbesondere ist eine seitliche Versetzung eines einzelnen oder mehrerer Trägerelemente 14 in x-Richtung aus der ansonsten geradlinigen Ruhelage des Sensorträgers 2 ermöglicht.
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In 3 ist einer der Sensoren 10, hier beispielhaft mit genau einer Elektrode, im Längsschnitt dargestellt. Er besitzt ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Außengehäuse 40, auch als Hülse bezeichnet, in dessen Hohlraum ein Elektrodenstempel 42 (oder kurz: eine Elektrode) angeordnet ist. Der vordere Teil des Elektrodenstempels 44 mit der freiliegenden Elektrodenfläche 44 ragt am Messende 46 des Sensors 10 aus dem Außengehäuse 40 heraus. Am Anschlussende 48 ist das mit dem hinteren Teil des Elektrodenstempels 42 verbundene Elektrodenkabel / Anschlusskabel 50 aus dem Außengehäuse 40 herausgeführt. Eine Isolationsbuchse 52 dient zur elektrischen Isolierung des Anschlusses. Eine im Bereich des Anschlussendes 48 an das Außengehäuse 40 angeformte oder fest mit ihm verbundene Sechskantmutter 54 ermöglicht bei der Montage des Sensors 10 in das Trägerelement 14 das Ansetzen eines Schraubenschlüssels.
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Vorteilhafterweise ist zwischen der Sechskantmutter 54 und dem Messende 46 des Außengehäuses 40 ein Gewindeabschnitt 56 mit einem Außengewinde 58 vorgesehen, der sich insbesondere unmittelbar an die Sechskantmutter 54 anschließt. Dieses Außengewinde 58 ist bevorzugt zur Zusammenwirkung mit einer korrespondierenden Gewindebohrung in einem der beiden Schenkel 20 des U-Profils 16 bestimmt. Alternativ kann eine einfache Bohrung bzw. Ausnehmung 60 ohne Innengewinde in dem Schenkel 20 zur Aufnahme des Sensors 10 vorhanden sein.
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Zur Befestigung an dem Trägerelement 14 wird der vorkonfektionierte Sensor 10 zunächst mit seinem Messende 46 durch die zugeordnete (Gewinde-)Bohrung in dem Schenkel 20 des U-Profils 16 geschoben, dann ggf. mittels der zusammenwirkenden Gewinde festgedreht und schließlich mit einer separaten Gegenmutter (in 2 nicht sichtbar) fixiert. Im üblicherweise vorliegenden Fall einer geneigten Innenfläche des Schenkels 20 wird zwischen dieser und der Gegenmutter zweckmäßigerweise eine abgeschrägte Distanzhülse platziert, die zuvor bei der Montage eingesetzt wurde.
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In der Ausführungsform gemäß 2 sind die Sensoren 10 derart in das Trägerelement 14 eingebaut, dass ihre Längsachse jeweils parallel zur Basisplatte 18 des U-Profils 16 und parallel zu den Haltestäben 28 liegt, nämlich entlang der y-Richtung orientiert. Dadurch steht die Elektrodenfläche 44 leicht geneigt zur Innenfläche des gegenüberliegenden Schenkels 20 des U-Profils 16. Falls sich dies nachteilig auf das Messsignal auswirkt, kann die Sensorachse auch geneigt zur Basisplatte 18 des U-Profils 16 eingebaut werden. Dies lässt sich erreichen, indem die Bohrung / Ausnehmung 60 für den Sensor 10 im Schenkel 20 des U-Profils 16 schräg zur Außenfläche des Schenkels 20 verläuft. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise eine zusätzliche angeschrägte Scheibe für die definierte Auflage der Anlagefläche der Sechskantmutter 54 eingesetzt.
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In jedem Fall sind die Sensoren 10 bevorzugt derart in das Trägerelement 14 eingesetzt, dass der dem Montage-Schenkel 20 gegenüberliegende Schenkel 20 als Gegenelektrode für die Elektrode 42 des Sensors 10 wirksam ist. Dazu ist zwischen der Elektrodenfläche 44 und der Innenfläche des als Gegenelektrode wirksamen Schenkels 22 ein Spalt 62 mit einer Breite von beispielsweise 5 mm ausgebildet. Dieser im Betrieb mit dem umgebenden Medium (Gas/Dampf oder Flüssigkeit) gefüllte Spalt 62 ermöglicht die der Auswertung zugrunde liegende Leitfähigkeitsmessung. Sofern sich der dem Montage-Schenkel 20 gegenüberliegende Schenkel 20 als ungeeignet für die Ausbildung eines definierten elektrischen Feldes erweist, können dort auch dezidierte Gegenelektroden montiert, insbesondere eingeschraubt werden.
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Weiterhin ist es bei entsprechender Anpassung der Ausnehmungen 60 in dem Schenkel 20 des U-Profils 16 in einer vereinfachten Variante möglich, Sensoren mit zwei durch einen Spalt getrennten Elektroden als Messelektroden zu verwenden, wobei der Spalt im Betrieb vom umliegenden Medium gefüllt wird. Beispielsweise lassen sich handelsübliche Zündkerzen verwenden. In diesem Fall hat der dem Montage-Schenkel gegenüberliegenden Schenkel des U-Profils 16 keine messtechnische Funktion.
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In der vorgeschlagenen Anordnung liegen die Sensoren 10 in einer Linie bzw. Flucht übereinander. Alle Sensoren 10 sind gleichsinnig ausgerichtet und in den denselben Schenkel 20 des Trägerelements 14 eingeschraubt, so dass der gegenüberliegende Schenkel 20 eine gemeinsame Gegenelektrode für alle Sensoren 10 des Trägerelementes 14 bildet.
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Der geringste Abstand der Sensorachsen und damit die Auflösbarkeit des Messsignals werden durch die Montierbarkeit des jeweiligen Sensors 10 bestimmt. Bei einer auf die Sechskantmutter 54 bezogenen Schlüsselweite von 22 mm beträgt er rund 25 mm. Wenn ein kleinerer Mindestabstand gewünscht wird oder eine Redundanz auf derselben Höhe, wird zweckmäßigerweise ein U-Profil 16 mit größerer Schenkelbreite verwendet.
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Die Anschlusskabel 50 von den Sensoren 10 eines Trägerelementes 14 und von der/den Gegenelektrode/n werden am oberen Ende des Elementes zusammengefasst und entlang der breiten Unterseite der darüber liegenden Trägerelemente 14 zur Aufhängung / Verankerung des Sensorträgers 2 und von dort zur Auswerteeinheit 12 geführt. Eine Befestigung der Kabel kann mit Federklammern oder dergleichen erfolgen.
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Sofern gewünscht, lassen sich an einem Trägerelement 14 auch Thermoelemente zur Temperaturmessung anbringen.
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Bei der Fertigung werden die einzelnen Trägerelemente 14 des Sensorträgers 2 im Sinne einer Kostenoptimierung in passenden Längen von einem handelsüblichen Stahlprofil abgeschnitten, aber vorzugsweise nicht weiter bearbeitet (etwa durch Überfräsen oder dergleichen). Sofern eine Gewichtsreduzierung gewünscht wird, sind entsprechende Aussparungen in die U-Profile 16 einzufräsen. Die übrige Bearbeitung beschränkt sich auf das Einbringen der Bohrungen / Ausnehmungen 26, 30, 60 für die Sensoren 10 und die Haltestäbe 28.
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Die Hülsen / Außengehäuse 40 der Sensoren 10 werden beispielsweise aus Sechskantstahl gedreht, ebenso die Isolationsbuchsen 52 und auch die Elektroden 42.
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Die Leisten 24 der Verbindungselemente 22 werden bevorzugt aus Flachstahl geschnitten und gebohrt.
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Für die Herstellung der Apparatur werden lediglich Fräsmaschine, Drehbank, Bohrmaschine und Lötkolben benötigt. Sie kann praktisch von jeder mechanischen Werkstatt angefertigt werden.
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Die Einzelelemente sind mit einer Standardlänge von etwa 2,5 m und einem Gewicht von etwa 20 bis 25 kg gut transportierbar. Die Sensoren 10 lassen sich bei entsprechender Verpackung in einem vormontierten / konfektionierten Zustand transportieren.
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Vor Ort werden die Trägerelemente 14 beispielsweise am Beckenrand miteinander verbunden und ins Wasser gelassen.
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Im fertig montierten und betriebsbereiten Zustand bilden die flexibel miteinander verbundenen Trägerelemente 14 des Sensorträgers 2 gewissermaßen eine von oben den Flüssigkeitsbehälter – insbesondere ein Becken 8 – hinab hängende Kette. Die Halterung bzw. Verankerung am oberen Beckenrand 64 erfolgt beispielsweise wie in 1 dargestellt durch einen am umliegenden Boden befestigten, horizontal ausgerichteten Träger 66, insbesondere einen T-Träger, und am unteren Ende durch eine Befestigung an einem Träger im Becken oder durch eine Ankerlasche an der Beckenwand 68 / am Beckenboden 70. Die Verankerung erfolgt bevorzugt mit Hilfe der als Leisten 24 oder Platten ausgebildeten Verbindungelemente 22 der Trägerelemente 14. Indem der Träger 66 einen hinreichenden Überstand gegenüber dem Beckenrand 64 aufweist und der Aufhängungspunkt für den Sensorträger 2 hinreichend weit innerhalb der Beckenfläche liegt, besitzt der Sensorträger 2 über seine gesamte Längserstreckung hinweg einen von Null verschiedenen Abstand von der Beckenwand 68, liegt also dort nicht an. Der Abstand ist vorzugsweise derart bemessen, dass auch bei stärkeren Auslenkungen der einzelnen Trägerelemente 14 infolge von Erdbebenstößen und dergleichen kein Anschlagen an die Beckenwand 68 erfolgt. Vorzugsweise sind die Rückseiten der Basisplatten 18 in der Ruhelage zur Beckenwand 68 hin gerichtet.
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Idealerweise wird die Befestigung / Verankerung des Sensorträgers 2 am unteren und/oder oberen Ende mit einem in x-Richtung federnden Element (nicht dargestellt) ausgestattet. Eine Rückstellung von Auslenkungen bei Erschütterungen, insbesondere bei Erdbeben, erfolgt dann in x-Richtung durch die Federkraft dieser Elemente in Verbindung mit der Gewichtskraft, in y-Richtung durch die Federkraft der Federelemente 34, und in z-Richtung durch das Gewicht der Anordnung. Anstelle einer festen Verankerung am unteren Ende ist auch ein gleitend gelagertes Bodengewicht 72 möglich, etwa wenn sich keine geeigneten Befestigungspunkte am Beckenboden 70 finden lassen.
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Auch wenn in der bisherigen Beschreibung der Schwerpunkt auf Sensoren gelegt wurde, die mittels einer elektrischen Leitfähigkeitsmessung eine Aussage über den Flüssigkeitsfüllstand in einem Flüssigkeitsbehälter ermöglichen, so ist doch klar, dass auch andere Sensortypen verwendet werden können. Hierzu zählen insbesondere Sensoren, die die thermische Leitfähigkeit, die Dichte oder den Refraktionsindex des umliegenden Mediums erfassen. Beispielsweise können auch Thermoelemente, ggf. in Kombination mit zugehörigen Heizelementen, auf die beschriebene oder ähnliche Weise an den Trägerelementen des Sensorträgers angeordnet sein. Es kann sich natürlich auch um Sensoren handeln, die nicht für eine Füllstandsmessung, sondern für andere Zwecke vorgesehen sind. Es ist auch möglich, Sensoren für verschiedenartige Messungen an ein- und demselben Sensorträger anzubringen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Sensorträger
- 4
- Vorrichtung zur Füllstandsmessung
- 8
- Lagerbecken
- 10
- Sensor
- 12
- Auswerteeinheit
- 14
- Trägerelement
- 16
- U-Profilelement
- 18
- Basisplatte
- 20
- Schenkel
- 22
- Verbindungselement
- 24
- Leiste
- 26
- Ausnehmung
- 28
- Haltestab
- 30
- Ausnehmung
- 32
- Klemmring
- 34
- Federelement
- 36
- Langloch
- 38
- Langloch
- 40
- Außengehäuse
- 42
- Elektrode / Elektrodenstempel
- 44
- Elektrodenfläche
- 46
- Messende
- 48
- Anschlussende
- 50
- Anschlusskabel
- 52
- Isolationsbuchse
- 54
- Sechskantmutter
- 56
- Gewindeabschnitt
- 58
- Außengewinde
- 60
- Ausnehmung
- 62
- Spalt
- 64
- Beckenrand
- 66
- Träger
- 68
- Beckenwand
- 70
- Beckenboden
- 72
- Bodengewicht
