DE2339481C3

DE2339481C3 - Elektrischer Meßfühler zur Verwendung in elektrisch leitenden Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2339481C3
Application number: DE19732339481
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Chem. Dr. 8035 Gauting Denk; Reiner 8011 Hohenbrunn Habrich; Werner 7500 Karlsruhe Heimke; Otto Dipl.-Phys. Dr. 6729 Woerth Maurer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-03
Filing date: 1973-08-03
Publication date: 1979-12-06
Also published as: AT346969B; FR2239689A1; DE2339481B2; DE2339481A1; ATA546574A; GB1465417A; FR2239689B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Meßfühler zur Verwendung in elektrisch leitenden Flüssigkeiten, mit einem rohr- oder stabförmigen Trägerkörper aus einem einheitlichen, abschnittsweise leitenden oder nichtleitenden Füllstoff enthaltenden Kunststoff.

Da das Meßgut in vielen Fällen chemisch aggressiv ist, muß der Meßfühler aus chemisch resistentem Material bestehen. Andererseits ist die Materialauswahl auch so zu treffen, daß bei der Anwendung des Meßfühlers in der Nahrungs- und Genußmittelherstellung keine schädliche Wechselwirkung zwischen Meßfühlermaterial und Meßgut entsteht.

Bei einem bekannten Meßfühler (DE-AS 1039150) wird diesen Forderungen dadurch Rechnung getragen, daß ein platten- oder rohrförmiger Träger aus elastischem Isolierstoff hergestellt ist, mit dem nichtmetallische, elektrisch leitende elastische Schichten fest verbunden sind. Insbesondere wird dort die Verwendung von Weichgummi empfohlen, dessen Leitfähigkeit in an sich bekannter Weise durch Zusatz von Ruß, Graphit oder Metalloxyden bewirkt ist Er wird als Füllstandsgeber in ätzendem Meßgut eingesetzt.

Zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Elektrolyten werden im weiten Umfang sogenannte Streufeldelektroden als Meßfühler eingesetzt, die stabförmig ausgebildet in das Meßgut eintauchen oder

ίο rohrförmig Teil einer das Meßgut führenden Leitung bilden. Bei bekannten Ausführungen bestehen die mit dem Meßgut in Berührung stehenden leitenden Oberflächenabschnitte aus Ringen aus Edelstahl, Edelmetall oder Elektrokohle, weiche durch isolierende Zwischenstücke von einander getrennt sind. Ein aus solchen Ringen bestehendes Elektrodenpaar dient, wie bekannt, zur Stromzuführung, ein anderes Elektrodenpaar zur Messung des zwischen den Stromelektroden im Meßgut auftretenden Spannungsabfalls, welcher der

2ö Leitfähigkeil des Meßguts umgekehrt proportional ist

Bei der Herstellung und der Anwendung von Streufeldelektroden der beschriebenen Art treten technologische Probleme auf, die im wesentlichen auf die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der für den Aufbau der Meßfühler verwendeten Werkstoffe zurückzuführen sind.

Da diese Meßfühler häufig in Temperaturbereichen von über 100⁰C arbeiten und auch nach raschen Temperaturwechseln funktionsfähig bleiben müssen,

Jn ergaben sich bei dem bisher bekannten Aufbau der Meßfühlerkörper aus Kohle- oder Metallformteilen einerseits und isolierenden Kunststoffteilen andererseits erhebliche Einschränkungen der Anwendungsmöglichkeiten, da die Ausdehnungskoeffizienten der nichtleitenden Werkstoffe sich von denen der leitenden Werkstoffe um ein Mehrfaches unterscheiden. Infolge dieses Unterschieds traten im Betrieb bei schnellen Temperaturwechseln Risse im Meßfühleri,orper auf sowie Ablösungen und Undichtigkeiten an den Grenzflächen,

•to die den Meßfühler, insbesondere in seiner druckbeaufschlagten, rohrartigen Form, unbrauchbar machten.

Bei der Verwendung in fließendem, zähem Meßgut treten Biege- und Torsionsbeanspruchungen auf, die bei bekannten Meßfühlern aus elastischen Kunststoffen zu meßwertverfälschenden Elektrodenabstandsänderungen führen und bei den bekannten formbeständigen Meßfühlern aus Metallelektroden und isolierenden Zwischenstücken die Neigung zur Rißbildung und Ablösung an den Grenzflächen vergrößern.

Es besteht somit die Aufgabe, einen elektrischen Meßfühler zur Verwendung in elektrisch leitenden Flüssigkeiten zu schaffen, der die aufgezeigten Nachteile der bekannten Meßfühler nicht aufweist und insbesondere zur Verwendung als Streufeldelektrode geeignet ist.

Eine Lösung der Aufgabe wird in einem Meßfühler der eingangs genannten Art gesehen, der gekennzeichnet ist durch eine derartige Abstimmung von Art und Anteilen von Füllstoffen in dem einheitlichen formbe-

M) ständigen Kunststoffmaterial des Trägerkörpers, daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von dessen elektrisch leitenden und nichtleitenden Abschnitten gleiche Werte aufweisen.

Wegen ihrer leichten Verarbeitungsmöglichkeit, ihrer

h5 hohen mechanischen Beanspriichbarkeil und Resistenz gegen chemischen Angriff bieten sich zur Herstellung des Trägerkörpers vorzugsweise Reaktionsharzformstoffe aus EDOxidhar/.basis an. die in einem Gieß-.

Spritzgieß- oder Preßverfahren verarbeitet werden können.

Als leitende Füllstoffe sind beispielsweise Ruß bzw. Graphitpulver, als nichtleitende Füllstoffe Quarzmehl, Titandioxyd, Siliciumcarbid, Molybdändisulfid, Bariumsulfat usw. bekannt.

Infolge der Verwendung von einheitlichem Kunststoff für den Ti ägerkörper, insbesondere einen Reaktionsharzformstoff, lassen sich die einzelnen leitenden und nichtleitenden Abschnitte leicht herstellen bzw. miteinander verbinden.

Dabei können ohne Schwierigkeit die zum Anschluß der leitenden Abschnitte an die nachgeschalteten elektrischen Geräte notwendigen Leitungen und Drähte mitverarbeitet werden. Anzahl und Anordnung der leitenden und nichtleitenden Abschnitte lassen sich leicht variieren, so daß auch Meßfühler für Sonderzwekke in kleinen Serien herstellbar sind.

Die Trägerkörper sind auch weitgehend unempfindlich gegen die im normalen Betrieb, insbesondere bei fließendem Meßgut, auftretenden mechanischen Beanspruchungen.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 und 2 Ausführungsbeispiele von Meßfühlern für Leitfähigkeit von Elektrolyten dargestellt und im folgenden beschrieben.

Fig. I zeigt einen zylindrischen Eintauchmeßfühler 1, dessen Mantelfläche vier ringförmige leitende Abschnitte 2 aufweist, während die übrigen Oberflächenteile des Meßfühlers 1 nicht leitend sind.

Wie man aus der teilweise geschnittenen Darstellung erkennen kann, gehören die leitenden Abschnitte 2 Elektrodenringen 2' an, die aus gießharzgebundenem Graphitpulver bestehen. Diese Elektrodenringe 2' sind, der Körperform des Meßfühlers 1 entsprechend, von gleichartigem Gießharz mit Quarzmehl als Füllstoff umgeben. Bei der Herstellung der Elektrodenringe 2' bzw. des Meßfühlers sind die Anschlußdrähte 4 für die Elektrodenringe 2' bereits mit eingearbeitet worden und

ίο sind an der Stirnseite des Meßfühlers 1 herausgeführt.

Fig.2 zeigt einen rohrförmigen Meßfühler für durchfließendes Meßgut, der ähnlich wie der Meßfühler in F i g. 1 wieder vier ringförmige, leitende Zonen 2 auf der Rohrinnenfläche aufweist, die Teil der Fläche von Elektrodenringen 2' ist, welche senkrecht zur Rohrachse in gleichen Abständen angeordnet sind und elektrische Anschlüsse 4 im äußeren Mantel des Meßfühlers 1 aufweisen.

Die übrigen Teile des Meßfühler·. 1 bestehen auch hier aus einem mit isolierendem Füllstoff gefüllten Kunststoff auf gleicher Basis wie der der Elektrodenringe 2'.

Der Fullstoffgehalt der Elektrodenringe 2' ist so eingesteht, daß einerseits eine genügende mechanische Festigkeit gewährleistet ist, andererseits der Forderung, daß der Übergangswiderstand zwischen Anschlußdrähten 4 und der leitenden Oberfläche 2 der Elektrodenringe 2' bei 0,2 Ohm oder darunter liegen sol!, Rechnung getragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Meßfühler zur Verwendung in elektrisch leitenden F.üssigkeiten mit einem rohroderstabförmigen Trägerkörper aus einem einheitlichen, abschnittsweise leitenden oder nichtleitenden Füllstoff enthaltenden Kunststoff, gekennzeichnet durch eine derartige Abstimmung von Art und Anteilen der Füllstoffe in dem einheitlichen, formbeständigen Kunststoffmaterial des Trägerkörpers, daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von dessen elektrisch leitenden und nichtleitenden Abschnitten gleiche Werte aufweisen.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Abschnitte (2) als Elektrodenringe (2') aus kunststoffgebundenem Graphitputver ausgebildet sind und daß sie der Körperform des Meßfühlers (1) entsprechend von Kunststoff mit nichtleitendem Füllstoff, vorzugsweise Quarzmehl, umgeben sind.

3. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Reaktionsharzformstoff ist.

4. Meßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsharzformstoff ein Epoxidharzformstoff ist.

5. Meßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß r*er Epoxidharzformstoff ein Homopolymerisationsprodukt aus Bisgiycidyläthern des 2,2-Diphenylolpropans ist.

6. Meßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxidharzfortustoff ein Homopolymerisationsprodukt aus Glycidyläthern von Phenolformaldehydkondensationsprodukten ist

7. Meßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxidharzformstoff ein Copolymerisationsprodukt aus Bisgiycidyläthern des 2,2-Diphenylolpropans und aus Glycidyläthern von Phenolformaldehydkondensationsprodukten ist.

8. Meßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxidharzformstoff ein Reaktionsprodukt aus Bisgiycidyläthern des 2,2-Diphenylolpropans und/oder aus Glycidyläthern von Phenolformaldehydkondensationsprodukten mit aromatischen Aminen ist.