DE19723681A1 - Vorrichtung zur Bestimmung von insbesondere elektrochemischen und/oder optischen Eigenschaften von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestim­ mung von insbesondere elektrochemischen und/oder optischen Ei­ genschaften von Flüssigkeiten mit einem Sondenkörper und einem in einer Bohrung des Sondenkörpers axial verschiebbaren Tauch­ rohr, das an seinem in die Flüssigkeit eintauchbaren vorderen Endbereich einen Schutzzylinder aufweist und ein Sensorelement trägt, dessen Kopfteil innerhalb eines durchbrochenen Bereichs des Schutzzylinders angeordnet ist, wobei zwischen dem Tauch­ rohr und der Innenwandung des Sondenkörpers eine Kalibrierkam­ mer gebildet ist, in die wenigstens eine Zu- und Abführöffnung für eine Spül- oder Eichflüssigkeit mündet, und beidseitig von der Zu- und Abführöffnung an dem Sondenkörper jeweils wenig­ stens ein Dichtungselement zur Abdichtung des Ringspalts zwi­ schen Tauchrohr und Sondenkörper angeordnet ist.

In der Chemie laufen eine Reihe von Reaktionen in wäßriger Lösung ab. Dabei ist es häufig wichtig, die Reaktionsvorgänge meßtechnisch zu erfassen. Häufig werden hierzu der PH-Wert und/oder das Redoxpotential in der wäßrigen Lösung durch pH-Sonden bzw. Redoxsonden, welche durch im Reaktionskessel vorgesehene Öffnungen in die Lösung eingebracht werden, er­ faßt. Solche Sonden können in unterschiedlicher Weise ausge­ bildet sein.

Aus der EP 0 391 838 B1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Bestimmung elektrochemischer Werte in wäßriger Lösung der eingangs genannten Art bekannt. Die Vorrichtung umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Sondenkörper mit einer zentri­ schen axialen Bohrung. Der Sondenkörper ist mit je einer Zu­ führöffnung und einer Abführöffnung versehen, welche in eine Kalibrierkammer am hinteren Ende des Sondenkörpers münden. An diese Öffnungen sind Leitungen anschließbar, über die bei Be­ darf Eich- oder Spülflüssigkeit in die Kalibrierkammer einge­ bracht werden bzw. wieder daraus entfernt werden kann. In der Bohrung des Sondenkörpers ist ein Tauchrohr verschiebbar ange­ ordnet, das eine Elektrode trägt, deren Kopfteil sich inner­ halb eines durchbrochenen Bereichs am vorderen Ende des Tauch­ rohrs befindet. In der voll ausgefahrenen Stellung des Tauch­ rohrs kann das vordere Ende mit dem Elektrodenkopf in die ent­ sprechende Flüssigkeit eingetaucht werden, und in der voll­ ständig eingezogenen Stellung des Tauchrohrs liegt der Elektro­ denkopf in der Kalibrierkammer, wo er zur Reinigung mit Spülflüssigkeit und zur Kalibrierung mit einer Eichflüssigkeit umspült werden kann.

Um im Betrieb zu verhindern, daß Kesselflüssigkeit durch die Sonde austreten kann, ist bei der bekannten Vorrichtung der Ringspalt zwischen dem Tauchrohr und der Innenwandung des Son­ denkörpers durch in dem Sondenkörper gehaltene O-Ringe, die beidseitig der Zu- und Abführöffnung angeordnet sind, abgedich­ tet, wobei auf der zur Flüssigkeit weisenden Seite der Zu- und Abführöffnung wenigstens zwei O-Ringe vorgesehen sind. Der Ab­ stand der O-Ringe ist dabei jeweils größer als die Länge des Durchbruchs in dem Tauchrohr gewählt, wodurch in jeder Stel­ lung des Tauchrohres eine Abdichtung des Ringspaltes auf der Flüssigkeitsseite durch wenigstens einen O-Ring gewährleistet wird.

Durch die bekannte Vorrichtung ist zwar eine hohe Betriebs­ sicherheit gegeben. Problematisch ist allerdings, daß Abnutz­ erscheinungen an den O-Ringen nur sehr schwer kontrollierbar sind und die O-Ringe bei der Wartung auch nur auf aufwendige Weise ausgewechselt werden können, weil die O-Ringe im Inneren des Sondenkörpers von außen nur schwer zugänglich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die unter Beibehaltung einer hohen Betriebssicherheit eine einfache Wartung ermöglicht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenig­ stens ein weiteres Dichtungselement an dem Schutzzylinder auf der der Kalibrierkammer fernen Seite des durchbrochenen Be­ reichs vorgesehen und so positioniert ist, daß dieses weitere Dichtungselement bei einer Verschiebung des Tauchrohrs den Ringspalt zwischen Tauchrohr und Sondenkörper abdichtet, wenn der durchbrochene Bereich das wenigstens eine Dichtungselement überfährt, durch welches die Kalibrierkammer an ihrer zum vorderen Ende des Tauchrohrs weisenden Vorderseite abgedichtet wird.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß die Dichtungselemen­ te nicht nur an der Innenseite des Sondenkörpers, sondern auch an dem vorderen Ende des Tauchrohrs vorgesehen sind. Diese Aus­ gestaltung bietet den Vorteil, daß das vordere Ende des Tauch­ rohrs aus dem Sensorelement herausgefahren werden kann, um den Verschleiß an den Dichtungselementen zu überprüfen und die Dichtungselemente gegebenenfalls auszuwechseln, so daß die War­ tung einfach ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die am Tauchrohr vorge­ sehenen Dichtungselemente nur dann einer Reibung und damit einem Verschleiß unterliegen, wenn sie mit der Innenwandung des Sondenkörpers in Berührung stehen. Da dies jeweils nur über eine kurze Verstellstrecke des Tauchrohrs der Fall ist, ist der Verschleiß an ihnen im Vergleich zu den am Sondenkör­ per vorgesehenen Dichtungselementen, an denen eine Reibwirkung praktisch über die gesamte Bewegungsstrecke des Tauchrohrs auf­ tritt, gering.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die am Tauchrohr vor­ gesehenen Dichtungselemente vergleichsweise groß auszubilden. Bei den an der Innenseite des Sondenkörpers vorgesehenen Dich­ tungselementen besteht die Problematik, daß ihre Größe be­ schränkt ist, da die Nut, in der die Dichtungselemente ge­ halten sind, den Querschnitt des Sondenkörpers schwächt. Der Schutzzylinder am vorderen Ende des Tauchrohrs ist dagegen im Betrieb praktisch nicht belastet, so daß größere Nuten und somit größere Dichtungselemente verwendet werden können.

Im übrigen ist die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung auch nicht beschränkt durch irgendwelche Mindestabstände, welche die Dichtungselemente voneinander aufweisen müssen, um eine ausreichende Betriebssicherheit zu gewährleisten.

In vorteilhafter Weise sind an dem Schutzzylinder wenigstens zwei Dichtungselemente mit geringem Abstand nebeneinanderlie­ gend angeordnet. In gleicher Weise können solche Doppel- oder Zwillings-Anordnungen von Dichtungselementen auch zur beidsei­ tigen Abdichtung der Kalibrierkammer in dem Sondenkörper vorge­ sehen sein. Solche Zwillings-Anordnungen führen zu einer erhöh­ ten Betriebssicherheit.

In an sich bekannter Weise ist das Sensorelement zur Erfassung von elektrochemischen Eigenschaften, insbesondere zur Bestim­ mung von pH-Werten, Redoxpotentialen, Leitwerten etc. als Elek­ trode ausgebildet. Es ist jedoch erkannt worden, daß das Sen­ sorelement auch zur Erfassung von optischen Werten eingesetzt werden kann, wozu dann vorzugsweise ein Sensorelement mit Glas­ faserleitern vorgesehen wird. Um eine hohe Einsatzflexibilität zu erhalten, sollte dazu das Sensorelement lösbar an dem Tauch­ rohr angebracht sein.

Im übrigen bestehen die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen­ den Bauteile der Vorrichtung in bevorzugter Weise aus einem chemisch beständigen Material, insbesondere aus Kunststoff, Hastelloy oder Titan.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeich­ nung zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in ge­ schnittener Seitenansicht bei voll ausgefahre­ nem Tauchrohr,

Fig. 2 die Vorrichtung aus Fig. 1 mit teilweise ein­ gezogenem Tauchrohr und

Fig. 3 die Vorrichtung aus Fig. 1 bei ganz eingefah­ renem Tauchrohr.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die insbesondere zur Bestimmung von elektro­ chemischen Eigenschaften von Flüssigkeiten bestimmt ist. Der allgemeine Aufbau einer solchen Vorrichtung ist aus der EP 0 391 838 B1 bekannt, weshalb vorliegend nur die erfin­ dungsrelevanten Teile im Detail erläutert werden sollen.

Die Vorrichtung umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Son­ denkörper 1 mit einer zentrischen, axialen Bohrung 2. In die­ ser Bohrung 2 ist ein Tauchrohr 3 axial verschiebbar ange­ ordnet, wobei in dem Ringspalt 4 zwischen dem Tauchrohr 3 und der Innenwandung des Sondenkörpers 1 eine Kalibrierkammer ge­ bildet wird, in die jeweils eine Zuführöffnung 5 und eine Ab­ führöffnung 6 für eine Spül- oder Eichflüssigkeit münden, und die seitlich durch O-Ringe 7, 8 begrenzt ist, die beidseitig von den Zu- und Abführöffnungen 7, 8 an der Innenwandung des Sondenkörpers 1 gehalten sind. An die Zu- und Abführöffnungen 5, 6 sind Leitungen anschließbar, beispielsweise einschraub­ bar, über die bei Bedarf Eich- oder Spülflüssigkeit in die Ka­ librierkammer eingebracht bzw. wieder daraus entfernt werden kann.

Das Tauchrohr 3 ist an seinem in eine Flüssigkeit einzutauchen­ de vorderen Ende mit einem Schutzzylinder 9 versehen, dessen direkt in das vordere Ende des Tauchrohrs 3 anschließender Be­ reich 10 korbartig durchbrochen ausgebildet ist.

Ein Kopfteil 11 einer im Tauchrohr 3 angeordneten Elektrode 12 bzw. eines anderen geeigneten Sensorelements befindet sich genau innerhalb des korbartig durchbrochenen Bereiches 10 des Schutzzylinders 9.

Nicht dargestellt ist, daß das hintere Ende des Tauchrohrs 3 mit einem Schraubteil verschließbar ist, welches mit einer Ge­ windeöffnung versehen ist, in die eine Befestigungsmutter samt der Elektrode eingeschraubt ist, so daß durch einfaches Lösen der Befestigungsmutter unterschiedliche Elektroden für pH-Wer­ te, Redoxpotentialmessungen oder andere, zum Beispiel ionensen­ sitive Messungen in das Tauchrohr 3 eingeführt werden können, wie es allgemein bereits aus der EP 0 391 838 B1 bekannt ist.

Vorzugsweise ist der Sondenkörper 1 mit einem Pneumatikzylin­ der verbunden, über den das Tauchrohr 3 zwischen seinen beiden in den Fig. 1 und 3 dargestellten Endstellungen verfahren werden kann, wie es nachfolgend beschrieben ist.

In der Fig. 1 ist der Tauchkolben 3 in seiner voll ausgefahre­ nen Stellung dargestellt, in der sich der Schutzzylinder 9 mit dem korbartig durchbrochenen Bereich 10 und dem darin gehalte­ nen Kopfteil 11 der Elektrode 12 außerhalb des Sondenkörpers 1 befindet, so daß das Kopfteil 11 der Elektrode 12 zur Durch­ führung von Messungen in eine Flüssigkeit eingetaucht werden kann. Vorzugsweise kann hierzu der Sondenkörper 1 an der Außen­ wandung des Kessels oder der Leitung, in der sich die Flüssig­ keit befindet, fest angebracht werden. Dabei verhindert der O-Ring 8, der die Kalibrierkammer zum vorderen Ende der Vor­ richtung hin abdichtet, daß Kesselflüssigkeit durch den Ring­ spalt zwischen Tauchrohr 3 und Sondenkörper 1 austreten kann.

Nach dem Durchführen einer Messung ist es dann erforderlich, das Kopfteil 11 der Elektrode 12 zu reinigen. Hierzu wird das Tauchrohr 3 aus der in Fig. 1 gezeigten ausgefahrenen Stel­ lung in die in Fig. 3 dargestellte Endstellung verfahren, in welche der korbartig durchbrochene Bereich 10 mit dem Kopfteil 11 an der Elektrode 12 innerhalb der Kalibrierkammer liegt. Aus den Fig. 2 und 3 wird deutlich, daß bei diesem Verfah­ ren der durchbrochene Bereich 10 den in der Zeichnung rechten O-Ring 8 überfährt, wodurch die Dichtungswirkung dieses O-Rin­ ges 8 aufgehoben wird. Um dies zu kompensieren, ist an dem Schutzzylinder 9 des Tauchrohrs 3 ein weiterer O-Ring 13 vorge­ sehen, der in den Sondenkörper 1 eingreift und den Ringspalt 4 zwischen Tauchrohr 3 und Sondenkörper 1 abdichtet, bevor der O-Ring 8 von dem durchbrochenen Bereich 10 überfahren wird. Mit anderen Worten übernimmt der am Schutzzylinder 9 vorgesehe­ ne O-Ring 13 die Funktion des vom durchbrochenen Bereich 10 überfahrenen Dichtungselements 8.

An dem äußeren Ende des Schutzzylinders 9 ist noch ein zusätz­ licher O-Ring 14 vorgesehen, der in der in Fig. 3 dargestell­ ten voll eingefahrenen Stellung des Tauchrohrs 3 eine zusätzli­ che Abdichtung des Ringspaltes 4 bewirkt und somit zur Erhö­ hung der Betriebssicherheit beiträgt.

Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Bestim­ mung der Eigenschaften von Flüssigkeiten wird gewährleistet, daß in keiner Stellung des Tauchrohres 3 Kesselflüssigkeit durch nicht dichtende Bereiche der Vorrichtung austreten kann. Auch bei unter Druck stehender Kesselflüssigkeit und bei Aus­ fall der Pneumatikeinrichtung, welche das Tauchrohr 3 bewegt, ist volle Betriebssicherheit gegeben. Dabei wird durch die An­ ordnung von den Dichtungselementen 13, 14 am Schutzzylinder 9 eine einfache Wartung gewährleistet. Außerdem sind an die Ab­ stände zwischen den vorgesehenen Dichtungselementen 8, 9, 13, 14 konstruktiv keine besonderen Anforderungen zu stellen, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung relativ frei in der Ge­ staltung ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Bestimmung von insbesondere elektrochemi­ schen und/oder optischen Eigenschaften von Flüssigkeiten mit einem Sondenkörper (1) und einem in einer Bohrung (2) des Sondenkörpers (1) axial verschiebbaren Tauchrohr (3), das an seinem in die Flüssigkeit eintauchbaren vorderen End­ bereich einen Schutzzylinder (9) aufweist und ein Sensorele­ ment (12) trägt, dessen Kopfteil (11) innerhalb eines durch­ brochenen Bereichs (10) des Schutzzylinders (9) angeordnet ist,
wobei zwischen dem Tauchrohr (3) und der Innenwandung des Sondenkörpers (1) eine Kalibrierkammer gebildet ist, in die wenigstens eine Zu- und Abführöffnung (5, 6) für eine Spül- oder Eichflüssigkeit mündet, und beidseitig von der Zu- und Abführöffnung (5, 6) an dem Sondenkörper (1) jeweils wenig­ stens ein Dichtungselement (7, 8) zur Abdichtung des Ring­ spalts (4) zwischen Tauchrohr (3) und Sondenkörper (1) ange­ ordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiteres Dich­ tungselement (13) an dem Schutzzylinder (9) auf der der Ka­ librierkammer fernen Seite des durchbrochenen Bereichs (10) vorgesehen und so positioniert ist, daß dieses weitere Dich­ tungselement (13) bei einer Verschiebung des Tauchrohrs (3) den Ringspalt (4) zwischen Tauchrohr (3) und Sondenkörper (1) abdichtet, wenn der durchbrochene Bereich (10) das we­ nigstens eine Dichtungselement (8) überfährt, durch welches die Kalibrierkammer an ihrer zum vorderen Ende des Tauch­ rohrs (3) weisenden Vorderseite abgedichtet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schutzzylinder (9) wenig­ stens zwei Dichtungselemente mit geringem Abstand nebenein­ anderliegend angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (4) auf der Vor­ derseite der Kalibrierkammer durch zwei eng nebeneinander­ liegende Dichtungselemente abgedichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (12) zur Er­ fassung von elektrochemischen Eigenschaften, insbesondere zur Bestimmung von pH-Werten, Redoxpotentialen, Leitwerten etc. als Elektrode ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (12) zur Er­ fassung von optischen Werten Glasfaserleiter aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (12) lösbar an dem Tauchrohr angebracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beid­ seitig der Zu- und Abführöffnung (5, 6) angeordneten Dich­ tungselementen (7, 8) größer ist als die axiale Länge des durchbrochenen Bereichs (10) des Schutzzylinders (9).

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (7, 8, 13, 14) wenigstens zum Teil als O-Ringe ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Flüssigkeit in Be­ rührung kommenden Bauteile aus einem chemisch beständigen Material, insbesondere aus Kunststoff, Hastelloy, oder Titan bestehen.