DE2404190C3 - Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffmengen in einer Probenflüssigkeit eines Belüftungstanks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffmengen in einer Probenflüssigkeit eines Belüftungstanks, welche Eigenschaften der Flüssigkeit anzeigen, mit in die Probenflüssigkeit eintauchbaren Sensoren, bei denen ein mit einer Sensorfläche versehenes Sensorelement in einem Gehäuse unter Belassung eines Durchflußweges für die Probenflüssig- 6s keit zwischen der Sensorfläche und der Innenwand des Gehäuses eingebaut sind und mit einer Reinigungseinrichtung zum Bewegen der Probenflüssigkeit um an der Sensorfläche niedergeschlagene Verunreinigungen zu beseitigen.

Bei den Vorrichtungen der im vorstehenden beschriebenen Art zur Bestimmung der Wasserqualität handelt es sich um Meßinstrumente zur Messung von aufgelöstem Sauerstoff, um pH-Meßinstrumente, Oxidations-Reduktionspotentiometer und andere Meßinstrumente zur Bestimmung der Konzentrationen von verschiedenen Ionen durch selektive lonenelektroden. Die Schwierigkeit welche bei der Verwendung dieser Geräte auftaucht besteht darin, daß bei ihrem Einsatz in verschmutzten Russen, Seen, Mooren, Abwässern α dgl. die Fühlereinrichtung, welche in Berührung mit der zu messenden Flüssigkeit bzw. mit dem zu messenden Wasser ist, verunreinigt wird und somit nur in kurzen Zeitintervallen in Meßkontakt gehalten werden können, damit die Genauigkeit der Messung aufrechterhalten bleibt

In der deutschen Offenlegungsschrift 15 98 819 ist eine Vorrichtung zur Sicherstellung einer optimalen konstanten Strömungsgeschwindigkeit an Meßelektroden unter gleichzeitiger automatischer Reinhaltung derselben bekannt. Mit Hilfe einer Wasserstrahlpumpe wird bei der bekannten Vorrichtung das Meßmedium angesaugt und an einer Elektrode, welche als Membran ausgebildet ist vorbeigführt Die bekannte Vorrichtung läßt sich nicht so ohne weiteres in Verbindung mit einem Belüftungstank verwenden, in welchem die Probenflüssigkeit untergebracht ist. Da es in der Regel unerwünscht ist, daß das Treibmittel für die Wasserstrahlpumpe sich mit der zu untersuchenden Probenflüssigkeit im Belüftungstank mischt. Es ist daher notwendig, daß man zwischen Wasserstrahlpumpe und dem Teil der Vorrichtung, in welchem die Probenflüssigkeit an der Elektrode vorbeigeführt wird, eine relativ lange Wassersäule und ein entsprechend bemessenes Verbindungsstück vorsieht. Darüber hinaus muß die Wasserstrahlpumpe von Fremdstoffen, welche dieselbe verstopfen könnten, unbedingt freigehalten werden. Zur Reinigung der Membranoberfläche, welche als Elektrode dient, isi eine Strahldüse vorgesehen, welche auf die Membranoberfläche gerichtet ist, was zur Beeinträchtigung dieser Oberfläche führen kann. Insbesondere wenn die Sensoroberfläche groß ist oder mehrere Sensoren verwendet werden, benötigt man mehrere Sprühdüsen, wodurch der Aufbau relativ aufwendig wird.

Außerdem ist es aus der DTPS 7 46 946 bekannt, zur Reinigung der Elektroden Schleifmittel zu verwenden. Diese Schleifmittel werden von einem Flüssigkeitsstrom mitgerissen und durch entsprechende Leitflächen auf die Elektrodenoberfläche gerichtet. Hierdurch ergibt sich die Gefahr der Zerstörung der Elektrodenoberflächen, insbesondere dann, wenn als Elektroden Membranen verwendet werden. Für empfindliche Elektrodenoberflächen ist daher die bekannte Vorrichtung nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffmengen in einer Probenflüssigkeit eines Belüftungstankes zu zeigen, welche einen möglichst langen wartungsfreien Betrieb ermöglicht und welche die Möglichkeit der automatischen Beseitigung von Verunreinigungen auf der Sensorfläche mit einfachen Mitteln zuläßt.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die' Reinigungseinrichtung eine im Gehäuse des Sensors Luftblasen erzeugende Vorrichtung aufweist

Die Luftblasen erzeugende Vorrichtung kann einen

Drucklufterzeuger sowie eine oberhalb des Sensorelementes in das Gehäuse einmündende, die Druckluft zufahrende Leitung aufweisen. Das in das Gehäuse ragende Ende der Leitung kann hierbei perforiert sein.

Eine andere Möglichkeit besteht darii;, daß das Gehäuse stromabwärts gerichtet vom Meßfühlerelement einen ringförmigen Kanal aufweisen kann, dessen Innenwand durch mehrere kleine öffnungen perforiert ist, die in das Gehäuseinnere hin geöffnet sind und daß die Leitung, welche die Druckluft heranführt, mit dem ringförmigen Kanal verbunden ist

Eine Beseitigung von eventuell auf der Elektrodenoberfläche sich absetzenden Fremdstoffen kann dadurch erzielt werden, daß zusätzlich zur Erzeugung statischer Druckwellen in der gesamten Probenflüssigkeit innerhalb des Gehäuses ein Druckwellenerzeuger vorgesehen ist, der einen Drucklufterzeuger sowie eine Zuleitung für die Druckluft, welche oberhalb des Sensorelementes in das Gehäuse einmündet sowie einen Druckwellenerzeuger zum raschen öffnen vnd Schlie-Ben der Druckluftleilung aufweist.

Hierzu kann mit dem oberen Teil des Gehäuses eine sich nach außen und über die Probenflüssigkeit erstreckende Entlüftungsleitung zum Austreten der Probenflüssigkeit mit Luftblasen verbunden sein und in dieser Entlüftungsleitung ein Ventil zum Abschalten des Flusses der Probenflüssigkeit nach Betätigung des statischen Druckwellenerzeugers angeordnet sein.

Vorteilhaft ist bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung, daß sie über lange Zeiträume hinweg wartungsfrei betrieben werden kann, wobei zur Reinigung der Sensoroberfläche es genügt, in das Gehäuse des Sensors Druckluft einzubringen. Darüber hinaus wirken die als Treibmittel verwendeten Luftblasen als Belüftungsmittel.

In den Figuren sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Systems, das mehrere Vorrichtungen gemäß der F i g. 1 enthält,

F i g. 3 bis 6 schematische schnittbildliche Darstellungen verschiedener Ausführungsformen von Fühlereinrichtungen, die in den Vorrichtungen der Fig. 1 und 2 verwendet werden können.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung sind mit Druckwellenerzeugern ausgestattet. Von einem Sensor 9, der als Mammutpumpe ausgebildet ist sind bevorzugte Ausführungsformen in den F i g. 3 bis 6 dargestellt. Ein Drucklufterzeuger 60 ist vorgesehen, um Luft durch eine Leitung 61 zum Sensor 9 zu liefern. In bestimmten Zeitabständen wird Luft von dem Drucklufterzeuger 60 wahlweise an einen Druckwellenerzeuger 46, der beispielsweise in Form eines Magnetventils vorliegt, geliefert, wobei durch diesen die Luft zum Sensor 9 gelangt.

Mit 10 ist ein Behälter für beispielsweise Wasser, das untersucht werden soll, bezeichnet. Dies kann jedoch auch ein Ruß, ein See oder ein Moor oder auch ein Belüftungstank sein. 12 ist ein Anzeigeinstrument zum Anzeigen der vom Sensor kommenden Signale. 21 ist ein Verstärker für die Signale des Sensors.

Die Fig.3 bis 6 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, welche mit dem Druckwellenerzeuger 46 zusammenarbeiten. Bei der Ausführungsform des Sensors 9 in Fig.3 ist ein Sensorelement 8 in einem Gehäuse 14 des Sensors angeordnet. Das Gehäuse 14

ist, wie aus F i g. 1 und 2 zu ersehen ist zum Austreten der Probenflüssigkeit mit Luftblasen mit einer Entlüftungsleitung 62 versehen, die mit einem Ventil 66 zum Abschalten des Flusses der Probenflüssigkeit ausgestattet ist. Bei der Anwendung eines Sensorelementes mit seitlichen Sensorflächen 31 ist das Sensorelement 8 axial und in der Mitte des unteren Teiles des Gehäuses 14 angeordnet und wird von einer Halterung 45 getragen. Die Halterung 45 in der F i g. 3 erstreckt rieh axial nach außen in einigem Abstand vom unteren Ende des Gehäuses 14 und ist dann radial nach außen gebogen und nach oben geführt, wo sie an der Außenwand des Gehäuses 14 befestigt ist Die Halterung 45 enthält des weiteren eine Signalleitung 29, welche sich koaxial in dieser erstreckt. Der Innendurchmesser des Gehäuses 14 ist in dem Bereich um das Sensorelement 8 herum kleiner als im übrigen Gehäuse, so daß die Fließgeschwindigkeit des zu untersuchenden Wassers bzw. der zu untersuchenden Flüssigkeit entlang der Sensorflächen auf dem Sensorelement erhöht werden kann. Hierdurch wird eine Turbulenz erzeugt, wobei die Haftung bzw. das Bestreben von Schlammteilchen u.dgl., an den Oberflächen des Sensorelementes zu haften, vermindert wird. Das Gehäuse 14 besitzt einen nach außen sich konisch erweiternden Einlaßkanal 63, der das Eindringen des zu untersuchenden Wassers erleichtert. Das zu untersuchende Wasser wird durch den Einlaßkanal 63 nach oben gesaugt, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Die Leitung 61, welche in Verbindung mit dem Drucklufterzeuger 60 steht, erstreckt sich in das Gehäuse 14 durch dessen Seitenwand oberhalb des Sensorelementes 8. Etwa in der Mitte des Gehäuses 14 ist ein Ende 61a der Leitung 61 nach oben gebogen und mit kleinen Löchern ausgestattet, durch die Luft eindringen kann. Knapp unterhalb der Leitung 61 erstreckt sich durch die Seitenwand des Gehäuses 14 eine Leitung 64 zum Einbringen von Druckluft in das Gehäuse 14.

Der Sensor 9 in F i g. 4 ist identisch mit der Ausführungsform der F i g. 3, ausgenommen, daß das Sensorelement 8 so angeordnet ist, daß die vordere Fläche des Sensorelementes 8 die Sensorfläche aufweist. Hierbei besitzt das Gehäuse 14 ähnliche Abmessungen im unteren Bereich wie das Gehäuse 14 in F i g. 3, so daß die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Nachbarschaft der Sensorfläche 31 erhöht wird. Das Sensorelement 8 ist in der Halterung 45 untergebracht, welche am Gehäuse 14 befestigt ist. Das Sensorelement 8 ist hierbei vollständig von der Halterung umgeben und in dieser eingeschlossen. Die Halterung erstreckt sich radial vom Gehäuse 14 weg, wobei die Sensorfläche 31 zum Inneren des Gehäuses 14 hin freigelegt ist. Die Sensorfläche 31 ist außerdem mit der Innenwand des Gehäuses ausgerichtet.

Eine andere Ausführungsform des Sensors 9 ist in Fig.5 dargestellt, dessen Aufbau ähnlich dem der Ausführungsform in der F i g. 4 ist, ausgenommen, daß zwei Sensorflächen 31 an den vorderen Enden der Sensorelemente 8, die Seite an Seite angeordnet sind, vorgesehen sind. Außerdem ist die Leitung 61 vertikal von oben in das Gehäuse 14 geführt.

Eine andere Ausführungsform des Sensors 9 ist noch in F i g. 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein ringförmiger Kanal 14a in der Wand des Gehäuses 14 etwa i.i der gleichen Höhe wie das Ende 61a der Leitung 61 bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen vorgesehen. Der ringförmige Kanal 14a hat etwa den gleichen Innendurchmesser wie das Gehäuse 14 und ist

an seiner Innenwand perforiert, d. h. mit mehreren kleinen Öffnungen versehen, durch welche Luft eingebracht werden kann. Die Leitung 61 ist mit dem ringförmigen Kanal 14a verbunden, um Luft in letzteren einzuführen. Der restliche Teil des Aufbaues dieses Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des Ausführungsbeispiels der F i g. 4.

Der Betrieb der Ausführungsformen der F i g. 3 bis 6 soll nun im einzelnen beschrieben werden. Der Drucklufterzeuger 60, welcher Luftblasen zuführt, wird so betrieben, daß Luft durch die Leitung 61 zu dem Ende 61a bzw. zum Ringkanal 14a geführt wird. Die Luft wird dann durch die Perforationen als Luftblasen freigelassen, wodurch das spezifische Gewicht des zu prüfenden Wassers im Gehäuse 14 verringert wird. Das zu prüfende Wasser wird nach oben befördert in Richtung der dargestellten Pfeile, wodurch das zu prüfende Wasser an dem Sensorelement 8 mit einer bestimmten Fließgeschwindigkeit vorbeibefördert wird.

Ein Signal, das proportional zum beispielsweise ermittelten Sauerstoffgehalt erzeugt wird, gelangt über die Signalleitung 29 zum Verstärker 21 und dem Anzeigeinstrument 12. Hierdurch wird eine Anzeige beispielsweise des gemessenen Sauerstoffgehaltes des Wassers ermöglicht. Wenn während des Messens Verunreinigungen an den Sensorflächen 31 haften bleiben sollten, resultiert hieraus eine Verringerung der Meßgenauigkeit Der Druckwellenerzeuger ist normalerweise außer Betrieb, so daß keine Luft durch die Leitung 64 gelangt Der Druckwellenerzeuger, welcher als Magnetventil ausgebildet sein kann, wird in gewünschten Zeitintervallen geöffnet, so daß Luft durch die Leitung 64 zugeführt wird und Druckwellen im Gehäuse 14 erzeugt werden, wodurch die Sensorfläche 31 von anhaftenden Stoffen gereinigt wird. Während dieser Zeit wird das Ventil 66 so betrieben, daß die Entlüftungsleitung 62 geschlossen ist, wodurch verhindert wird, daß die Druckwellen nach oben abgeleitet

s werden. Die Flüssigkeit im Gehäuse 14 wird dadurch gezwungen, aus dem Gehäuse nach unten durch ein Einlaßkanal 63 auszuströmen.

Die F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform mit mehreren Sensorelementen 8. Ein einzelner Drucklufterzeuger 60

ίο liefert Luft zu jedem der Sensoren 9 durch entsprechende Ventile 65. Außerdem wird Luft von dem einzelnen Druckwellenerzeuger 46 zu jedem Sensor geliefert. Jede Fühlereinrichtung arbeitet in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben.

is Obgleich die verschiedenen, im vorstehenden beschriebenen Ausführungsformen Luft verwenden, sei darauf hingewiesen, daß auch Sauerstoff, Stickstoff oder andere stabile Gase anstelle von Luft verwendet werden können. Obgleich in den vorstehenden Ausfflhrungsbeispielen der Druckwellenerzeuger 46 getrennt von Luftblasen erzeugenden Drucklufterzeuger angeordnet ist, kann der Druckwellenerzeuger auch in der Leitung 61 angeordnet sein, wodurch die Leitung 64 in Fortfall kommen kann.

s Das zu untersuchende Wasser kann auch kleine Überreste, wie beispielsweise Haare u.dgl. enthalten ohne daß eine Beaufsichtigung der beschriebener Ausführungsformen notwendig ist Das zu prüfende Wasser wird mittels des Mammutpumpenprinzips nach oben gezogen. Diese Pumpe hat eine einfache Konstruktion, welche keine beweglichen Teile enthält Wenn darüber hinaus Luft oder Sauerstoff zum Betriet der Mammutpumpe verwendet wird, können auch Belüftungswirkungen erzielt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffmengen

in einer Probenflüssigkeit eines Belüftungstanks, s welche Eigenschaften der Flüssigkeit anzeigen, mit in die Probenflüssigkeit eintauchbaren Sensoren, bei denen ein mit einer Sensorfläche versehenes Sensorelement in einem Gehäuse unter Belassung eines Durchflußweges für die Probenflüssigkeit ι ο zwischen der Sensorfläche und der Innenwand des Gehäuses eingebaut sind und mit einer Reinigungseinrichtung zum Bewegen der Probenflüssigkeit, um an der Sensorfläche niedergeschlagene Verunreinigungen zu beseitigen, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Reinigungseinrichtung eine im Gehäuse (14) des Sensors Luftblasen erzeugende Vorrichtung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftblasen erzeugende Vorrich- lung einen Drucklufterzeuger (60) sowie eine oberhalb des Sensorelementes (8) in das Gehäuse (14) einmündende die Druckluft zuführende Leitung

(61) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 2s zeichnet, daß das in das Gehäuse (14) ragende Ende (61a) der Leitung (61) perforiert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) stromabwärts gerichtet vom Meßführerelement (8) einen ringförmigen Kanal (14a) aufweist, dessen Innenwand durch mehrere kleine öffnungen perforiert ist, die in das Gehäuseinnere hin geöffnet sind, und daß die Leitung (61), welche die Druckluft heranführt, mit dem ringförmigen Kanal (14a) verbunden ist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Erzeugung statischer Druckwellen in der gesamten Probenflüssigkeit innerhalb des Gehäuses (14) ein Druckwellenerzeuger vorgesehen ist, der einen Drucklufterzeuger (z. B. 60) sowie eine Zuleitung (64) für die Druckluft, welche oberhalb des Sensorelementes (8) in das Gehäuse (14) einmündet sowie einen Druckwellenerzeuger (46) zum raschen öffnen und Schließen der Druckluftleitung (64) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß eine sich nach außen und-über die Probenflüssigkeit erstreckende Entlüftungsleitung

(62) zum Austreten der Probenflüssigkeit mit so Luftblasen mit dem oberen Teil des Gehäuses (14) verbunden ist und daß in dieser Entlüftungsleitung (62) ein Ventil (66) zum Abschalten des Flusses der Probenflüssigkeit nach der Betätigung des statischen Druckwellenerzeugers angeordnet ist s-s