-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Füllstands, eines Grenzstands, einer Dichte oder eines Drucks eines Mediums in einem Prozessbehälter oder in einem System, eine selbstheilende Schutzvorrichtung für eine Messsonde einer Sensorvorrichtung, die Verwendung einer Schutzvorrichtung zum Schutz einer Sensorvorrichtung und die Verwendung einer Sensorvorrichtung mit einer selbstheilenden Schutzvorrichtung für eine Füllstandmessung, eine Grenzsteinmessung, eine Dichtemessung oder eine Druckmessung eines Mediums in einem Prozessbehälter oder in einem Rohrsystem.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Messsensoren werden häufig prozessberührend in einer Prozessanlage eingesetzt. Beispielsweise können die Messsonden der Messsensoren frei in die Prozessbehälter oder in die Rohrsysteme der Prozessanlage ragen, um einen oder mehrere Parameter des Füllguts zu erfassen. Für solche Messsensoren, und insbesondere für Messsensoren aus nichtmetallischen Materialien, besteht großer Schutzbedarf, da das nichtmetallische Material durch Abrasion, welche kleine Abrasionsspuren wie Kratzer oder Risse verursachen mag, mit der Zeit abgetragen werden kann und dadurch die Funktionstüchtigkeit der Messsensoren beeinträchtigt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine robuste Sensorvorrichtung anzugeben, die in einer Prozessanlage langfristig und zuverlässig einsetzbar ist.
-
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
-
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Sensorvorrichtung, die zum Erfassen eines Füllstands, eines Grenzstands, einer Dichte oder eines Drucks eines Mediums in einem Prozessbehälter oder in einem Rohrsystem eingerichtet ist. Die Sensorvorrichtung umfasst einen Sensor, der eine Messsonde aufweist. Die Messsonde weist eine selbstheilende Schutzvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Abrasion an der Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung zumindest teilweise zu verschließen.
-
Beispielsweise kann der Sensor der Sensorvorrichtung ein kapazitiver Grenzstandsensor oder ein Impedanzgrenzstandsensor sein, der flexibel in dem Rohrsystem eingebaut sein oder dessen Messsonde frei in das Rohrsystem ragen kann. Alternativ kann der Sensor ein geführter TDR-Füllstandmesssensor sein, der stabförmig ausgebildet sein kann, an einem Prozessbehälter montiert sein kann und dessen Messsonde in den Prozessbehälter bzw. in das Medium im Prozessbehälter ragen kann.
-
Der Sensor ist zum Erfassen eines bestimmten Parameters des Mediums, wie z. B. des Füllstands, des Grenzstands, der Dichte oder eines Drucks oder mehrere Parameter in Kombination eingerichtet. Der Sensor kann auch für die langfristige Überwachung des Parameters verwendet werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung eine selbstheilende Oberfläche.
-
Die selbstheilende Schutzvorrichtung kann an dem freien Ende, nämlich an der Spitze der Messsonde angeordnet sein. Darüber hinaus kann die selbstheilende Schutzvorrichtung aus einem nichtmetallischen Material bestehen.
-
Die Abrasion an der Oberfläche der Messsonde bzw. der Schutzvorrichtung an der Spitze der Messsonde kann beispielsweise durch Feststoffpartikel in dem flüssigen Medium bei einer Strömung, z. B. durch ein Rührwerk oder eine Förderpumpe verursacht werden und dazu führen, dass das Material der Oberfläche mit der Zeit von der Schutzvorrichtung abgetragen werden. Mit der selbstheilenden Oberfläche kann die Messsonde vor einer Beschädigung geschützt werden und eine Fehlmessung mit der Messonde möglichst vermieden werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die selbstheilende Schutzvorrichtung monolithisch ausgebildet.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die selbstheilende Schutzvorrichtung eine Beschichtung an der Oberfläche auf.
-
Im Vergleich zu der monolithisch ausgebildeten, selbstheilenden Schutzvorrichtung, die als ein neues Stück zu fertigen sein kann, kann eine selbstheilende Beschichtung an der Oberfläche einer bestehenden Schutzvorrichtung aufgebracht oder vorgesehen sein und somit eine selbstheilende Oberfläche bilden. Insbesondere wenn die Beschichtung aus einem wertvollem Material besteht oder wenn die Schutzvorrichtung individual gefertigt wird, kann das Vorsehen einer dünnen Beschichtung statt die Herstellung der kompletten Schutzvorrichtung vereinfacht und kostengünstig durchgeführt werden und daher vorteilhaft sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung der selbstheilenden Oberfläche mehrschichtig ausgebildet ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Beschichtung der selbstheilenden Oberfläche eine Dicke von 1 µm bis 20 µm auf.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die selbstheilende Oberfläche oder die Beschichtung der selbstheilenden Oberfläche aus einem Kunststoff. Der Kunststoff bildet sich durch ein Hybridmaterial und einer Mehrzahl von Graphenoxid-Teilchen, die in dem Hybridmaterial integriert sind.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das Hybridmaterial aus Polyvinylalkohol und Gelbsäure.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Mehrzahl von Graphenoxid-Teilchen eine Größe von 1 nm bis 100 nm auf.
-
Das Polymer aus Polyvinylalkohol und Gelbsäure können das Hybridmaterial für die selbstheilende Oberfläche der Schutzvorrichtung in mehreren Schichten, wie z. B. eine weiche Schichte und eine harte Schichte, mit den jeweiligen verschiedenen Zusammensetzungsverhältnissen von Polyvinylalkohol und Gelbsäure bilden.
-
Die Graphenoxid-Teilchen können als Nanopartikel in dem Hybridmaterial integriert oder beispielsweise in der weichen Schichte des Hybridmaterial eingebettet vorgesehen sein. Daraus kann sich ein gleichzeitig stabiler und flexibler Kunststoff ergeben, der für die Schutzvorrichtung zum Schutz der Messsonde eingesetzt werden kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung der selbstheilenden Oberfläche durch ein Material aus geketteten perlenförmigen Teilchen ausgebildet.
-
Alternativ zu dem Hybridmaterial für die Beschichtung der selbstheilenden Oberfläche können die geketteten perlenförmigen Teilchen derart an der Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung angeordnet sein, dass die geketteten perlenförmigen Teilchen an der Oberfläche flexibel beweglich und zum kompletten oder zumindest teilweisen Verschließen der Abrasion durch das automatische Rücken der Perlenketten an die Stelle der Abrasion eingerichtet sein können.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die selbstheilende Schutzvorrichtung dazu eingerichtet, die Abrasion an der Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung der Messsonde mittels einer Lösung oder automatisch, von alleine aus zu verschließen.
-
Beispielsweise, im Fall, dass das Hybridmaterial mit den Graphenoxid-Teilchen an der Oberfläche der Schutzvorrichtung vorgesehen ist, kann das Verschließen durch ein Einsetzen einer bestimmten Lösung, beispielsweis durch einem Hydrogel aus Polyvinylalkohol und Gelbsäure in dem Prozessbehälter oder in dem Rohrsystem realisiert oder beschleunigt werden.
-
Alternativ kann das Verschließen der Abrasion automatisch, ohne Wechsel des Mediums in dem Prozessbehälter oder dem Rohrsystem erfolgen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung weiterhin ein Gehäuse auf, in dem die Messsonde angeordnet ist, und das zum Schutz der Messsonde eingerichtet ist. Die selbstheilende Schutzvorrichtung ist an dem Gehäuse angeordnet und zum Verschluss des Gehäuses eingerichtet.
-
Die selbstheilende Schutzvorrichtung und das Gehäuse kann einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann selbstheilende Schutzvorrichtung spaltfrei an dem Gehäuse, beispielsweise durch das Verschweißen oder das Kleben angeschlossen sein. Gemeinsam kann die selbstheilende Schutzvorrichtung und das Gehäuse eingerichtet sein, die anderen Bauelemente und/oder die Elektronik des Sensors zu schützen.
-
Vorteilhaft kann die Messsonde mit der selbstheilenden Schutzvorrichtung und der selbstheilenden Oberfläche auch bei schwierigen Messbedingungen wie einer Turbulenz, einer Luftblase, einer starken Fremdvibration oder einem wechselnden Medium die Abrasion selbst schließen. Dadurch kann der Sensor mit einer solchen Messsonde vor der Abrasion geschützt werden und zuverlässige Messergebnisse liefern.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine selbstheilende Schutzvorrichtung für eine Messsonde einer Sensorvorrichtung, die eine selbstheilende Oberfläche aufweist. Die selbstheilende Oberfläche ist dazu eingerichtet, die Messsonde bei einer Abrasion an der selbstheilenden Oberfläche zumindest teilweise zu verschließen.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung einer Schutzvorrichtung zum Schutz einer Sensorvorrichtung.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung einer Sensorvorrichtung mit einer selbstheilenden Schutzvorrichtung für eine Füllstandmessung, eine Grenzstandmessung, eine Dichtemessung oder eine Druckmessung eines Mediums in einem Prozessbehälter oder in einem Rohrsystem.
-
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
-
Figurenliste
-
- 1a zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung in einem Rohrsystem gemäß einer Ausführungsform.
- 1b zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung in einem Prozessbehälter gemäß einer Ausführungsform.
- 2a zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung mit einer selbstheilenden Schutzvorrichtung mit einer Abrasion an der Oberfläche gemäß einer Ausführungsform.
- 2b zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung mit einer selbstheilenden Schutzvorrichtung nach einem Verschließen einer Abrasion gemäß einer Ausführungsform.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
-
1a zeigt schematisch eine Sensorvorrichtung 10, die zum Erfassen eines Füllstands, einer Grenzstands, einer Dichte oder eines Drucks eines Mediums 25 in einem Rohrsystem 22 eingerichtet ist.
-
Die Sensorvorrichtung 10 umfasst einen Sensor 110, der eine Messsonde 120 aufweist, und ein Gehäuse 130, in dem die Messsonde 120 angeordnet ist und das zum Schutz der Messsonde 120 eingerichtet ist.
-
Der Sensor 110 kann beispielsweise ein Grenzstandsensor sein, der flexibel in dem Rohrsystem 22 eingebaut werden kann. Das heißt, dass der Sensor 110 so montiert werden, dass der Sensor 110 auf Höhe eines gewünschten Schaltpunktes angeordnet sein kann, um den Grenzstand des Mediums 25 in dem Rohrsystem zu detektieren.
-
Der Sensor 110 kann beispielsweise ein kapazitiver Messsensor oder ein Impedanzmesssensor sein, dessen Messsonde 120 frei in das Rohrsystem 22 ragen kann.
-
Alternativ zeigt 1b, dass der Sensor 110 beispielsweise ein geführter Messsensor bzw. ein TDR-Messsensor sein kann, der an einem Prozessbehälter 20 montiert ist. Der Messsensor 110 weist beispielsweise eine stabförmige Messsonde 120, die in den Prozessbehälter ragen kann, um einen Füllstand, einen Grenzstand, eine Dichte und einen Druck eines Mediums 25, das sich in dem Prozessbehälter 20 befindet, zu messen oder zu überwachen.
-
Die Messsonde 120 in 1a oder in 1b weist eine selbstheilende Schutzvorrichtung 150 auf, die eingerichtet ist, eine Abrasion 155 an der Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung 150 zumindest teilweise zu verschließen.
-
Die selbstheilende Schutzvorrichtung 150 ist an dem Gehäuse 130 angeordnet und zum Verschluss des Gehäuses 130 eingerichtet.
-
Die selbstheilende Schutzvorrichtung 150 und das Gehäuse 130 kann einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann selbstheilende Schutzvorrichtung 150 spaltfrei an dem Gehäuse 130 angeschlossen sein. Gemeinsam kann die selbstheilende Schutzvorrichtung 150 und das Gehäuse 130 eingerichtet sein, die anderen Bauelemente und/oder die Elektronik des Sensors 110 zu schützen.
-
Die selbstheilende Schutzvorrichtung 150 ist an dem freien Ende oder an der Spitze der Messsonde 120 angeordnet, die aus einem nichtmetallischen Material besteht. Die Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung 150 ist eine selbstheilende Oberfläche. Die Schutzvorrichtung 150 kann monolithisch durch einen Kunststoff ausgebildet sein oder eine Beschichtung an der Oberfläche der Schutzvorrichtung 150 aufweisen.
-
2a zeigt, dass eine Abrasion 155, wie z. B. ein Riss oder ein Kratzer, an der Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung 150 beim Einsetzen der Messsonde 120 in dem Prozessbehälter 20 oder in dem Rohrsystem 22 entstehen kann. Die Abrasion kann beispielsweise durch Feststoffpartikel in dem flüssigen Medium 25 bei einer Strömung, z. B. durch ein Rührwerk oder eine Förderpumpe verursacht werden und dazu führen, dass das Material der Oberfläche mit der Zeit von der Schutzvorrichtung 150 abgetragen werden, der Messsonde 120 dadurch beschädigt werden oder eine Fehlmessung ausgeführt werden kann.
-
Um die Abrasion 155 zu verschließen oder zumindest zu minimieren, kann beispielsweise die Beschichtung der selbstheilenden Oberfläche der Schutzvorrichtung 150 mehrschichtig mit einer Beschichtungsdicke von 1 µm bis 20 µm ausgebildet sein. Die Beschichtung der selbstheilenden Oberfläche kann aus einem Kunststoff bestehen, der sich durch ein Hybridmaterial und einer Merzahl von Graphenoxid-Teilchen bzw. Graphenoxid-Nanopartikel mit einer Größe von 1 nm bis 100 nm bilden. Das Hybridmaterial kann beispielsweise aus Polyvinylalkohol und Gelbsäure bestehen und eingerichtet sein, mehrere Schichten, wie z. B. eine weiche Schichte und eine harte Schichte, mit den jeweiligen Zusammensetzungsverhältnissen von Polyvinylalkohol und Gelbsäure zu bilden. Daraus kann sich ein gleichzeitig stabiler und flexibler Kunststoff ergeben, der für die Schutzvorrichtung 150 zum Schutz der Messsonde 120 eingesetzt werden kann.
-
2b zeigt, dass die Abrasion 155 an der Oberfläche der Schutzvorrichtung 150 mittels der selbstheilenden Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung 150 komplett oder zumindest teilweise verschlossen wird.
-
Die selbstheilende Schutzvorrichtung 150 kann eingerichtet sein, die Messsonde 120 bei der Abrasion an der Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung mittels einer Lösung oder automatisch, von alleine aus zu verschließen.
-
Durch die mehrschichtig gebildete Oberfläche und die Integration oder das Einbetten der Nanopartikel in dem Hybridmaterial kann die Beschichtung mit dem Kunststoff beispielsweise ermöglichen, den Riss 155 an der Oberfläche der Schutzvorrichtung 150 durch die Bewegung der weichen Schichte des Kunststoffs und der eingebetteten Graphenoxid-Nanopartikel zumindest teilweise zu verschließen. Das Verschließen kann durch ein Einsetzen einer bestimmten Lösung, beispielsweis durch einem Hydrogel aus Polyvinylalkohol und Gelbsäure in dem Prozessbehälter 20 oder in dem Rohrsystem 22 beschleunigt werden.
-
Alternativ kann das Verschließen der Abrasion 155 automatisch, ohne Wechsel des Mediums 25 in dem Prozessbehälter 20 oder dem Rohrsystem 22 erfolgen.
-
Alternativ kann sich die Beschichtung der selbstheilenden Oberfläche durch ein Material aus geketteten perlenförmigen Teilchen bilden.
-
Die geketteten perlenförmigen Teilchen können derart an der Oberfläche der selbstheilenden Schutzvorrichtung 150 angeordnet sein, dass die geketteten perlenförmigen Teilchen an der Oberfläche flexibel beweglich sein und dazu eingerichtet sein können, die Abrasion 155 durch das automatische Rücken der Perlenketten an die Stelle des Risses 155 zumindest teilweise zu verschließen.
-
Insbesondere kann die Messsonde 120 mit der selbstheilenden Schutzvorrichtung 150 auch bei schwierigen Messbedingungen wie einer Turbulenz, einer Luftblase, einer starken Fremdvibration oder einem wechselnden Medium die Abrasionsspur selbst schließen. Dadurch kann der Sensor 110 vorteilhaft vor der Abrasion geschützt werden und zuverlässige Messergebnisse liefern.
-
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisen“ keine anderen Elemente ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsformen beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsformen verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
