DE19721965A1

DE19721965A1 - Meßarmatur und Verfahren zur Messung eines physikalischen Wertes

Info

Publication number: DE19721965A1
Application number: DE19721965A
Authority: DE
Inventors: Sven Dr Stork
Original assignee: MESIN AG
Current assignee: MESIN AG
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1997-12-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßarmatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Messung eines physikalischen Wertes bei einem flüssigen oder gasförmigen Medium mit einer Meßelektrode. Solche Meßarmaturen werden beispielsweise zur pH-Wertmessung oder Redoxmessung in wäßrigen Medien eingesetzt, wobei eine laufende Überwachung des pH-Wertes insbesondere bei der Herstellung von Molkereiprodukten notwendig ist.

Es ist bekannt, bei Messungen an flüssigen oder gasförmigen Medien, die durch eine Leitung strömen, an einer Öffnung der Leitung eine Meßelektrode einzu tauchen, um Messungen an der Strömung oder hinsichtlich der Zusammenset zung des Mediums zu machen. Die Öffnung der Leitung kann dabei durch einen einfachen Verschluß gebildet werden, der zur Messung geöffnet wird. Diese kon struktiv einfache Lösung läßt sich jedoch nicht anwenden, wenn die Leitung mit einem Medium durchströmt wird, das unter Druck steht bzw. dessen Innendruck über dem Außendruck der Leitung liegt.

Für eine solche unter Druck stehende Leitung müssen zur Messung an dem flüssigen Medium aufwendige Druckkompensatoren oder Verriegelmechanismen eingesetzt werden, über die eine Meßvorrichtung zu Meßzwecken mit dem flüssi gen Medium in Kontakt gebracht wird.

Es ist daher ferner bekannt, an einer Leitung, durch die ein unter Über- oder Unterdruck stehendes Medium fließt, eine Armatur anzuordnen, mit der ein Ventil gesteuert wird, um einen Teil der Flüssigkeit aus der Leitung abzuzapfen. Das Ventil kann dabei als Drosselvorrichtung wirken. Hierbei werden meist Ku gelhähne eingesetzt, deren Dichtkörper eine Kugel mit einer zylindrischen Boh rung ist, so daß der Strömungswiderstand auf ein Minimum reduziert wird. Die ses Verfahren ist sehr aufwendig, wenn über eine gewisse Zeitspanne hinweg Messungen durchgeführt werden sollen. Dann muß innerhalb von kurzen Zeitin tervallen eine Flüssigkeitsmenge entnommen werden und diese anschließend jeweils einzeln analysiert werden. Zusätzlich ist dieses Meßverfahren ungenau, da an dem Ventil oder der Armatur entstehende Verunreinigungen das Meßer gebnis beeinflussen können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Meßarmatur zu schaffen, mit der ein fach und zuverlässig Eigenschaften von unter Druck stehenden Flüssigkeiten gemessen werden können. Dabei sollen die Messungen auch kontinuierlich erfol gen können. Die Meßeinrichtung soll dabei im Falle des Defekts leicht auswech selbar sein. Ferner soll ein einfaches und schnelles Verfahren zur Messung eines physikalischen Wertes von flüssigen Medien mit einer Meßelektrode geschaffen werden.

Die Aufgabe wird durch eine Meßarmatur gemäß dem Anspruch 1 und ein Ver fahren gemäß dem Anspruch 19 gelöst.

Wenn die Meßeinrichtung in einer an der Leitung angeordneten Buchse so ge führt ist, daß das Meßmittel in einer Meßstellung in die Leitung ragt und in ei ner Ausgangsstellung abgedichtet in der Buchse angeordnet ist, lassen sich auf einfache Weise Messungen an unter Druck stehenden Flüssigkeiten in Leitungen durchführen. Da die Meßarmatur gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, kön nen auch dauerhaft angelegte Messungen ohne Unterbrechungen vorgenommen werden. In der Ausgangsstellung kann das Meßmittel im Falle eines Defekts ein fach ausgetauscht werden, ohne daß die gesamte Meßarmatur ausgebaut werden muß. Ferner wird aus der Leitung keine Flüssigkeit entnommen, so daß keine Verfälschungen der Meßergebnisse bei der Entnahme entstehen können, da die Messungen direkt in der Strömung des flüssigen Mediums durchgeführt werden. Wenn die Meßeinrichtung aus der Leitung in eine Ausgangsstellung herausgezo gen wird, kann die Beeinträchtigung der Strömung durch die Meßarmatur auf ein Minimum reduziert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Buchse mit einem an der Leitung befestigten Stutzen abgedichtet verbunden, so daß die Abdichtung zwischen Buchse und Leitung insbesondere bei einer runden, rohrförmigen Lei tung vereinfacht wird.

Eine genaue Führung der Meßeinrichtung läßt sich vorzugsweise über ein Ge winde erreichen.

Für eine zuverlässige pH-Wertbestimung oder Redoxmessung, insbesondere von wäßrigen Medien, wird als Meßeinrichtung ein Elektrodenhalter mit einer Meße lektrode eingesetzt. In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform ist die Meß elektrode in dem Elektrodenhalter angeordnet, wobei der Elektrodenkopf im Be reich einer Durchgangsbohrung im Elektrodenhalter positioniert ist. Dadurch kann der Elektrodenkopf in dem Elektrodenhalter auf einfache Weise in die Strömung hinausgeschoben werden, so daß der Elektrodenkopf von dem Medium umspült wird, wenn die Durchgangsbohrung in Strömungsrichtung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Messung auch in längeren Zeitinterval len. Durch die Anordnung des Elektrodenkopfes in der Durchgangsbohrung wird ferner die Gefahr von Beschädigungen des empfindlichen Elektrodenkopfs ver ringert.

Eine einfache und kostengünstige Form der Abdichtung läßt sich durch Dicht ringe herstellen, die zwischen dem Elektrodenhalter und der Buchse angeordnet sind.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein einfaches Meßverfahren ge schaffen, das auch für die kontinuierliche Erfassung von Meßdaten geeignet ist. Im Falle eines Defekts der Meßelektrode kann diese einfach nach der Herstellung der Abdichtung zwischen dem flüssigen Medium und der Meßelektrode durch den Elektrodenhalter ausgewechselt werden.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Durchgangsboh rung des Elektrodenhalters in Strömungsrichtung ausgerichtet, um eine Verfäl schung der Meßwerte zu vermeiden. Wenn die Durchgangsbohrung in Strö mungsrichtung ausgerichtet ist, wird der Elektrodenkopf von dem flüssigen Me dium umspült, so daß kurzzeitige Schwankungen des physikalischen Wertes oder in der pH-Wertkonzentration ausgeglichen werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den anderen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren in einem Aus führungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Meßarmatur in einer Schnittdarstellung in Meßstellung;

Fig. 2 die Meßarmatur nach Fig. 1 in der Ausgangsstellung;

Fig. 3A eine vergrößerte Schnittdarstellung des Elektrodenhalters der Meßar matur in Meßstellung;

Fig. 3B eine vergrößerte Schnittdarstellung des Elektrodenhalters der Meßar matur in Ausgangsstellung;

Fig. 4A eine Schnittdarstellung des Elektrodenhalters mit einem Schnittver lauf in Strömungsrichtung;

Fig. 4B eine Schnittdarstellung des Elektrodenhalters mit einem Schnittver lauf quer zur Strömungsrichtung;

Fig. 5 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Meßarmatur in einer Schnittdarstellung in Meßstellung;

Fig. 6 die Meßarmatur nach Fig. 5 in der Ausgangsstellung;

Fig. 7A, 7B vergrößerte Schnittdarstellungen des Elektrodenhalters der Meß armatur in Meß- bzw. Ausgangsstellung;

Fig. 8A eine Schnittdarstellung des Elektrodenhalters der Fig. 5 mit einem Schnittverlauf in Strömungsrichtung, und

Fig. 8B eine Schnittdarstellung des Elektrodenhalters der Fig. 5 mit einem Schnittverlauf quer zur Strömungsrichtung.

Die in der Fig. 1 und 2 gezeigte Meßarmatur ist an einem Rohr 1, in dem ein flüssiges Medium 2 in Pfeilrichtung strömt, angeordnet. An dem Rohr 1 ist eine Öffnung vorgesehen, um die ein Stutzen 3 befestigt ist. Der Stutzen 3 ist auf das Rohr 1 aufgeschweißt. Der Stutzen 3 weist an seiner dem Rohr 1 abgewandten Seite einen ringförmigen Flansch 4 auf, so daß in den Stutzen 3 und auf den Flansch 4 eine Buchse 6 aufgesetzt werden kann. Die Buchse 6 liegt über einem Dichtring 6 auf dem Flansch 4 des Stutzens 3 auf. Zur Abdichtung ist auf der Buchse 6 ein Klemmring 7 angeordnet, der über mehrere Schraubverbindungen mit dem Flansch 4 verbunden ist, so daß der Dichtring 5 zusammengedrückt wird.

In den Fig. 3A und 3B ist die Buchse 6 mit dem Elektrodenhalter 8 vergrößert dargestellt. Der im wesentlichen zylinderförmige Elektrodenhalter 8 ist über ein Außengewinde 9 an dem Innengewinde 18 der Buchse 6 geführt. Dabei kann der Elektrodenhalter 8 von einer Meßstellung gemäß Fig. 3A, bei der der Kopf des Elektrodenhalters 8 an der Buchse 6 liegt, zu einer Ausgangsstellung entspre chend Fig. 3B, bei der ein Sprengring 14 an dem Elektrodenhalter 8 an der Buchse 6 anliegt, relativ zu der Buchse bewegt werden. Der Zwischenraum zwi schen der Buchse 6 und dem Elektrodenhalter 8 ist durch einen oberen Dichtring 12 in der Meßstellung abgedichtet. Befindet sich der Elektrodenhalter 8 in der Ausgangsstellung, dichtet ein unterer Dichtring 13 den Zwischenraum zwischen der Buchse 6 und dem Elektrodenhalter 8 ab.

Wie besonders gut in den Fig. 4A und 4B zu sehen ist, besitzt der Elektrodenhal ter 8 eine Durchgangsbohrung 11, so daß in Meßstellung die Durchgangsbohrung 11 des Elektrodenhalters 8 durchströmt wird.

Die Meßelektrode 15 ist an einem Gewinde 10 des Elektrodenhalters 8 einge schraubt, so daß der Elektrodenkopf 16 in der Durchgangsbohrung 11 am Ende des Elektrodenhalters 8 positioniert ist. An dem gegenüberliegenden Ende des Elektrodenhalters 8 ist eine Elektrodendichtung 17 zwischen der Meßelektroden 15 und dem Elektrodenhalter 8 angeordnet.

Um die Durchgangsöffnung 11 in Strömungsrichtung auszurichten, ist an der von der Leitung 1 wegweisenden Seite eine nicht dargestellte Markierung ange bracht. Diese Markierung weist in Strömungsrichtung, wenn die Durchgangsöff nung 11 in Strömungsrichtung ausgerichtet ist.

Die Durchführung eines Meßverfahrens zur Bestimmung eines physikalischen Wertes wird beispielhaft für die Ermittlung des pH-Wertes erläutert. Für das Meßverfahren ist die Meßelektrode 15 mit einer nicht dargestellten Auswer tungseinheit verbunden, die über die Auswertung der Elektrodenspannung den pH-Wert des flüssigen Mediums 2 ermittelt. Zur Messung wird die Meßelektrode 15 in dem in Ausgangsstellung befindlichen Elektrodenhalter 8 befestigt. Die Meßelektrode 15 wird dann zusammen mit dem Elektrodenhalter 8 in das Rohr 1 mit Hilfe der Buchse 6 eingedreht. Dabei verläßt der untere Dichtring 13 die Führung der Buchse 6 und der obere Dichtring 12 übernimmt die Abdichtung zwischen der Buchse 6 und dem Elektrodenhalter 8. Beim Eindrehen des Elek trodenhalters 8 wird die Durchgangsöffnung mit Hilfe der nicht darstellten Markierung an dem Elektrodenhalter 8 in Strömungsrichtung ausgerichtet, so daß das flüssige Medium die Meßelektrode 15 mit dem Elektrodenkopf 16 um strömt. Solange der Elektrodenkopf 16 umspült wird, kann der pH-Wert des Mediums 2 laufend gemessen werden.

Zur Beendigung des Meßvorgangs wird der Elektrodenhalter 8 mit der Meßelek trode 15 und der Buchse 6 wieder hereingedreht, bis der Sprengring 14 an der Buchse 6 anschlägt und der untere Dichtring 13 für die Abdichtung der Meßar matur sorgt. Anschließend kann die Meßelektrode 15 zur Wartung ausgebaut werden.

Die Meßelektrode kann potentiometrisch ausgebildet sein, so daß sie zur Mes sung eines jeweiligen physikalischen Wertes für ein potentiometrisches Verfah ren anpaßbar ist. Bei einer weiteren Anwendung wird anstelle des pH-Wertes das Redoxpotential eines Mediums gemessen. Ferner kann unter Verwendung von ionenselektiven Einsätzen die Konzentration des Mediums o. ä. gemessen wer den.

In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Meßarmatur direkt mit der Rohr 1 verbunden, so daß der Stutzen und die Buchse von einem Teil gebildet sind. Die Meßarmatur ist damit integral mit der Leitung verbunden. Es ist dabei vorgesehen, daß der Elektrodenhalter mit der Meßelektrode nur in Meßstellung in die Leitung hineinragt und in Ausgangsstellung mit der Lei tungswand einen Abschluß bildet, so daß die Strömung nicht beeinträchtigt wird.

In den Fig. 5 bis 8B ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßarmatur gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden dieselben Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel bezeichnet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist an einem Rohr 1 ein Stutzen 3′ angeschweißt, der keinen Flansch besitzt. In dem Stutzen 3′ ist eine Buchse 6′ aufgenommen, in der ein Elektrodenhalter 8 mit einer Meßelektrode 15 geführt ist. Der Stutzen 3′ ist mit einem Stutzengewinde 19 und die Buchse 6′ ist mit einem Buchsenge winde 20 versehen, so daß der Stutzen 3′ mit der Buchse 6′ über das Gewinde abgedichtet verbunden ist. Es ist auch möglich, eine zusätzliche Dichtung zwi schen dem Stutzen 3′ und der Buchse 6′ vorzusehen.

Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Elektrodenhalter 8 über ein Außengewinde 9 an dem Innengewinde 19 der Buchse 6 geführt. Die Abdich tung zwischen dem Elektrodenhalter 8 und der Buchse 6′ erfolgt über einen oberen Dichtring 12, der in einer Rille des Elektrodenhalters 8 aufgenommen ist, und einen unteren Dichtring 13, der in der Buchse 6′ aufgenommen ist. In der Meßstellung ist der Elektrodenhalter 8 in bezug auf die Buchse 6′ sowohl durch den oberen als auch den unteren Dichtring 12 bzw. 13 abgedichtet.

Bezugszeichenliste

1 Rohr
2 Medium
3, 3′ Stutzen
4 Flansch
5 Dichtring
6, 6′ Buchse
7 Klemmring
8 Elektrodenhalter
9 Außengewinde
10 Gewinde
11 Durchgangsbohrung
12 oberer Dichtring
13 unterer Dichtring
14 Sprengring
15 Meßelektrode
16 Elektrodenkopf
17 Elektrodendichtung
18 Innengewinde
19 Stutzengewinde
20 Buchsengewinde

Claims

1. Meßarmatur an einer Leitung (1), durch die ein gasförmiges oder flüssiges Medium (2) strömt, wobei an einer Öffnung an der Leitung (1) eine Buchse (6) abgedichtet angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Buchse (6) eine Meßeinrichtung (8, 15) geführt ist, deren Meßmittel (16) sich in ei ner Meßstellung außerhalb der Buchse (6) befindet und in die Leitung (1) ragt und das Meßmittel (16) in einer nicht in der Meßstellung befindlichen Ausgangsstellung abgedichtet von dem Medium (2) in der Buchse (6) ange ordnet ist.

2. Meßarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (6) mit einem Stutzen (3) abgedichtet verbunden ist und der Stutzen (3) an der Leitung (1) befestigt ist.

3. Meßarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (8, 15) über ein Gewinde (9, 18) in der Buchse (6) geführt ist.

4. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Elektrodenhalter (8) und eine in dem Elektrodenhalter (8) angeordnete Meßelektrode (15) als Meßmittel aufweist.

5. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Elektrodenkopfes (16) der Meß elektrode (15) eine Durchgangsbohrung (11) in dem Elektrodenhalter (8) vorgesehen ist.

6. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrung (11) in Meßstellung in Richtung der Leitung und der Strömungsrichtung angeordnet ist.

7. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß Dichtringe (12, 13) zwischen dem Elektroden halter (8) und der Buchse (6) vorgesehen sind.

8. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstellung des Elektrodenhalters (8) durch ein Anliegen eines am Elektrodenhalter angeordneten Anschlags (14) an der Buchse (6) gebildet ist.

9. Meßarmatur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag durch einen am Elektrodenhalter vorgesehenen Sprengring (14) gebildet ist.

10. Meßarmatur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag ein ringförmiger Flansch ist, an dem ein Dichtring angeordnet ist.

11. Meßarmatur nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Meßelektrode (15) durch ein Gewinde (10) in dem Elektrodenhalter (8) geführt ist.

12. Meßarmatur nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß Dichtmittel (17) zwischen dem Elektrodenhalter (8) und der Meßelektrode (15) vorgesehen sind.

13. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß am Elektrodenhalter (8) eine Markierung zum Ausrichten des Elektrodenhalters (8) vorgesehen ist.

14. Meßarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (6) direkt an der Leitung (1) angeordnet ist.

15. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Teile der Meßarmatur aus Kunststoff gebil det sind.

16. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß an der Buchse (6′) ein Buchsengewinde (20) zur Verbindung mit dem Stutzen (3) vorgesehen ist.

17. Meßarmatur nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Buchse (6′) eine Aufnahme für eine Dichtung (13) zu dem Elektrodenhalter (8) aufweist.

18. Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßarmatur nach An spruch 1 an der Rohrleitung angeordnet ist.

19. Verfahren zur Messung eines physikalischen Wertes bei einem gasförmigen oder flüssigen Medium mit einer Meßelektrode (15), gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

- Befestigen einer Meßelektrode (15) in einem Elektrodenhalter (8) un ter Einsatz von Dichtelementen (17);
- Einführen des Elektrodenhalters (8) mit der Meßelektrode (15) zum Messen des physikalischen Wertes in die Strömung eines flüssigen Mediums (2);
- Umspülen des Elektrodenkopfs (16) durch das flüssige Medium (2);
- Erfassen des physikalischen Wertes des Mediums (2) mittels der Meße lektrode (15);
- Herausziehen des Elektrodenhalters (8) mit der Meßelektrode (15) zu Wartungszwecken, bis eine Abdichtung zwischen dem Elektrodenhal ter (8) und der Meßelektrode (15) gegenüber dem Medium (2) herge stellt ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro denhalter (8) im Bereich des Elektrodenkopfes (16) der Meßelektrode (15) eine Durchgangsbohrung (11) aufweist und die Durchgangsbohrung (11) in Strömungsrichtung ausgerichtet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert eines flüssigen Mediums bestimmt wird.