DE2521009C3 - Einrichtung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen &° der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, mit mindestens zwei in eine Flüssigkeit einzutauchenden Elektroden und einem rotierenden R.einigungsorgan zum Sauberhalten der für die Messung benutzten Elektrodenflächen, wobei als Reinigungsorgan ein abrasiv wirkendes Schleiforgan vorhanden ist und die Elektroden koaxial zu einer das Schleiforgan tragenden Welle angeordnet und je mit Ausnahme einer axialen Stirnfläche vollständig in einen Isolierstoffkörper eingebettet sind, so daß die freien axialen Stirnflächen der Elektroden und eine Endfläche des Isolierstoffkörpers eine gemeinsame Fläche bilden, gegen die das Schleiforgan mittels einer Feder angepreßt ist.

Eine die genannten Konstruktionsmerkmale aufweisende Einrichtung, die allerdings zur elektrochemischen Ermittlung des Sauerstoffgehaltes einer Flüssigkeit durch Messung des von den Elektroden aus unterschiedlichen Metallen nach dem Prinzip eines galvanischen Elementes abgegebenen Stromes dient, ist in der DT-OS 19 09 765 gezeigt. Das zum Sauberhalten der zur Messung benutzten Elektrodenflächen dienende Schleiforgan verursacht durch seine abrasive Wirkung eine Abnützung der Elektroden und des diese enthaltenden Isolierstoffkörpers. Durch die zur Rotationsachse des Schleiforgans koaxiale Anordnung der Elektroden und die Einbettung derselben in den Isolierstoffkörper wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß irotz der fortschreitenden Elektrodenabnützung die wirksamen Elektrodenflächen stets gleichbleibende Größe, geometrische Form und gegenseitige Lage beibehalten, weshalb die Notwendigkeit häufiger E'chcngen der Meßanordnung entfällt. Die Verwendung eines abrasiv wirkenden Schleiforgans drängt sich auf, weil ein bloßes Überstreichen der Elektrodenflächen mit Wischblättern oder Bürsten nicht genügt, um die durch Ablagerungen von Trübstoffen und anderen Stoffen aus der Flüssigkeit auf den Elektrodenflächen verursachten Meßfehler ausreichend klein zu halten.

Wenn man versucht, eine Einrichtung der geschilderten Art zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten zu benutzen, indem man einen von einer äußeren Stromquelle stammenden elektrischen Strom über die in die Flüssigkeit eingetauchten Elektroden, die nun aus gleichen Metallen bestehen, leitet und die dabei auftretende, meist geringe Stromstärke mißt, werden die Ergebnisse der Leitfähigkeitsmessung in erheblichem Maß durch die mittels des Schleiforgans abgeriebenen oder abgeschliffenen Partikeln des Elektrodenmaterials beeinflußt, da diese Partikeln elektrisch leitende Brücken zwischen den Elektroden bilden können.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die vom Schleiforgan bei der Reinigung der wirksamen Elektrodenflächen abgeriebenen oder abgeschliffenen Partikeln keinen störenden Einfluß auf die Ergebnisse der Leitfähigkeitsmessung ausüben, wobei der Vorteil stets gleichbleibender Größe, geometrischer Form und gegenseitiger Lage der wirksamen Elektrodenflächen trotz fortlaufender Abnützung der Elektroden durch das Schleiforgan beibehalten werden soll.

Diese Aufgabe ist bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden Kreisringsektoren mit rechteckförmigem Querschnitt sind und daß der Isolierstoffkörper innerhalb der genannten Fläche eine Flächenpartie aufweist, auf welcher das Schleiforgan aufliegen kann, ohne die freien Stirnflächen der als Elektroden dienenden Kreisringsektoren zu berühren.

Mit dieser Ausbildung ist erreicht, daß die dem Stromübergang dienenden freien Stirnflächen der als Elektroden dienenden Kreisringsektoren mittels des Schleifkörpers einwandfrei von Ablagerungen befreit und gereinigt werden können und trotz der dabei auftretenden Abnützung der Kreisringsektoren stets gleiche Größe, geometrische Form und gegenseitige

λ rHnune beibehalten, und daß jew-sils während der

T^Tz der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit

Ϊ Schleifkörper in eine Ruhelage bringbar ist, be.

ι h r er die Kreisringsektoren nicht berührt und

ι r h keine die Messung störend beeinflussende

η ? Sn aus abgeriebenen oder abgeschliffenen Parti-

u7 aus Elektrodenmaterial zwischen den wirksamen

pu-ktrodenflächen lagern.

^E1„ zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der erf.n- A mUeernäßen Einrichtung ist vorgesehen daß der ? ÄSfkörper in der vom Schleiforgan überstr.che-^IS pSe und im Abstand von den als Elektroden ü^e" Jnden Kreisringsektoren mindestens eine nutenar- * Vertiefung zur Aufnahme von durch das Schleifor^tlge haetraeene Partikeln aufweist. Beim Rotieren des ^gan- - Vrpers werden die von ihm abgetragenen , in die erwähnte Vertiefung gefördert, in vorteilhafter Weise ein Verschmieren der ,reinigten freien Elektrodenflächen durch früher Gradiertes Material verhütet ist

Vo zugsweise ist die genannte Vert.e ung eine etwa r Jiaizur Welle des Schleiforgans verlaufende Nut über Se das Schleif organ hinweggleiten kann und deren Ausdehnung in radialer Richtung mindestens so groß _w"_e die radiale Ausdehnung der als Elektroden j· nHMi Kreisringsektoren ist. Durch diese Ausb.lfⁿ wird erreich? daß zumindest alles abradierte elktrodenmaterial durch das rotierende Schleiforgan Säte Vertiefung gefördert wird und nicht nachträglich "leder über die Elektrodenflächen geschmiert wird.

?„ weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erf.ndungsgemäßen Einrichtung sind vier als Elektroden dungsgema ^.__{;iiocpli)riren} vorgesehen, von denen je

er" tof körpers, auf denen das Schleiforgan aufl.e-Ipn kann ohne die freien Stirnflächen der Kre.snngsekforen zu berühren, zwischen den beiden Gruppen von Sl Kreisringsektoren einander diametral gegen-

^_u verbinden, so daß zwei parallele, vö hg ge.chart.ge MeBs recken gebildet sind. Auf diese We₁Se lassen sich Als noch verbleibende Störungseinflüsse auf d.e ResuHate der Leitfähigkeitsmessung we.terhin vernn-

^8eDie als Elektroden dienenden Kreisringsektoren können in einfacher Weise durch Rohrabschnitte

^Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausfüh-π,η sbeSeslnter Bezugnahme auf die Zeichnung

? ^ⁿSS1ü^Zer den in eine

t««««te Einrichtung weist

gerichteten Flanschpartie 11 versehen ist Auf d.e letztere ist ein hohlzylindrischer, elektrisch isolierender Kunststoffkörper 12 aufgesetzt, der durch in Durchbrechungen 13 der Flanschpartie 11 hineingreifende zapfenförmige Verankerungen 14 fest mit dem Tragrohr 10 verbunden ist. Im hohlzylindrischen Kunststoffkörper 12 sind vier Elektrodenkörper 15,16,17 und 18 eingebettet, welche je die Form eines Kreisringsektors mit rechteckigem Querschnitt aufweisen. Die als Elektrodenkörper dienenden Kreisringsektoren sind ίο koaxial um die Längsachse des Rohres 10 bzw. des Kunststoffkörpers 12 angeordnet, wobei jeweils zwei der Kreisringsektoren mit radialem Abstand voneinander parallel verlaufen, wie deutlich in F i g. 2 ersichtlich ist. Die Eiektrodenkörper 15 bis 18 sind zweckmäßig durch Rohrabschnitte gebildet. Mit Ausnahme ihrer in F i g. 1 nach unten gerichteten axialen Stirnflächen sind die Elektrodenkörper 15 bis 18 vollständig im Kunststoffkörper 12 eingeschlossen, und die freien Stirnflächen liegen zusammen mit den angrenzenden ίο Partien der unteren Endfläche des Kunststoffkörpers 12 in der gleichen, zur Achse des Rohres 10 bzw. des Kunsistoffkörpers 12 senkrecht stehenden Ebene. Jeder der Elektrodenkörper 15, 16, 17 und 18 ist mit einem isolierten Anschlußleiter 19, 20, 21 bzw. 22 versehen, welcher im Innern des Tragrohres 10 geführt ist.

Im Innern des Tragrohres 10 ist koaxial zu diesem eine mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsvorrichtung verbundene Welle 23 angeordnet, welche die Flanschpartie 11 des Tragrohres 30 durchsetzt. Die Welle 23 trägt an ihrem unteren Ende einen teils in der Flanschpartie 11 und teils in der koaxialen Ausnehmung 24 des Kunststoffkörpers drehbar geführten zylindrischen Schleifkörper-Halter 25, der mit einer Querbohrung 26 versehen ist, in 35 weicher ein Schleifkörper 27 lose gelagert ist. Der Schleifkörper 27 weist die Form eines längsgeschnittenen halben Kreiszylinderabschnittes auf, dessen Ebene, annähernd rechteckförmige Schleiffläche 28 an den in einer gemeinsamen Ebene liegenden freien Stirnflächen 40 der Elektrodenkörper 15, 16, 17, 18 und der unteren Endfläche des Kunststoffkörpers 12 anliegt. Zum Anpressen des Schleifkörpers 27 an die genannten Flächen ist im Innern des Tragrohres 10 eine die Welle 23 koaxial umgebende Schraubendruckfeder 29 an-45 geordnet. Das eine Ende der Schraubendruckfeder 29 ist auf der Flanschpartie 11 des Tragrohres 10 abgestützt und das andere Ende an einem bezüglich der Welle drehbaren Ring 30, welcher an einer Schulter 31 der Welle 23 anliegt. Die in F i g. 1 nach unten gerichtete 50 freie Endfläche des Kunststoffkörpers 12 ist mit zwei radial verlaufenden, einander diametral gegenüberliegenden Nuten 32 versehen, wie F i g. 3 zeigt. Die Nuten 32 befinden sich je an einer Stelle, wo sich keiner der Elektrodenkörper 15 bis 18 befindet. In radialer 55 Richtung erstreckt sich jede der Nuten 32 mindestens von einem gedachten Kreis mit dem Radius der konkaven Fläche der unterer. Elektrodenkörper 16 und 17 bis zu einem gedachten Kreis mit dem Radius der konvexen Fläche der äußeren Elektrodenkörper 15 und 60 18. Die Tiefe der Nuten 32 beträgt zweckmäßig etwa die halbe axiale Länge des Kunststoffkörpers 12.

Die in F i g. 1 untere Endpartie des Tragrohres 10 und der Kunststoffkörper 12 sind von einer im wesentlichen hohlzylindrischen Wandung 33 einer becherförmigen 65 Kapsel 34 umschlossen, welche koaxial zum Kunststoffkörper 12 angeordnet ist. Dabei ist der Kunststoffkörper 12 unter Freilassung eines Ringspaltes zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kunst-

stoffkörpers 12 und der inneren Umfangsfläche der Kapselwandung 33 vollständig in die Kapsel 34 eingetaucht.

Der Boden 36 der Kapsel 34 ist mit einer durchgehenden zylindrischen Ausnehmung 37 versehen, in welcher die untere Endpartie des Schleifkörper-Halters 25 drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Die Kapsel 34 ist bezüglich des Kunststoffkörpers 12 bzw. bezüglich des Tragrohres 10 axial verschiebbar, jedoch nicht drehbar angeordnet. Zu diesem Zweck sind in der oberen Endpartie der Kapselwandung 33 drei um 120° zueinander versetzte, radial gerichtete Schraubenbolzen 38 eingewindet, deren innere Endpartien in je eine Längsnut 39 des Tragrohres 10 eingreifen. Die in der Ausnehmung 37 des Kspseibodens 36 gelagerte Endpartie des Halters 25 ist mit einer endlosen Umfangsnut 40 versehen, deren Abwicklung ungefähr die Form einer Periode einer Sinuskurve aufweist, d. h. die Konturen der Abwicklung der Umfangsnut 40 sind mindestens streckenweise schief zu den Mantellinien des zylindrischen Halters 25 gerichtet. In die endlose Umfangsnut 40 des Halters 25 greift als Führungsorgan die innere Endpartie eines radial gerichteten Schraubenbolzens 41 ein, welcher in eine entsprechende Gewindebohrung 42 im Kapselboden 36 eingeschraubt ist.

Das Tragrohr 10 mit der Flanschpartie 11 und die Kapsel 34 können z. B. aus Polyvinylchlorid bestehen, während der Kunststoffkörper 12 zweckmäßig aus einem duroplastischen Epoxyd-Gießharz gegossen ist, wobei Elektrodenkörper 15 bis 18 in den Kunststoffkörper 12 eingegossen sein können. Als Material für die Elektrodenkörper eignet sich z. B. eine nichtrostende Stahllegierung, ein Edelmetall oder ein anderer elektrisch leitender Stoff, der gegenüber den Flüssigkeiten, deren elektrische Leitfähigkeit gemessen werden soll, gegen Korrosion beständig ist. Sämtliche Elektrodenkörper 15 bis 18 bestehen vorzugsweise aus gleichem Material oder gegebenenfalls aus verschiedenen Materialien mit gleichen elektrochemischen Elektrodenpotentialen (Wasserstoffspannungsreihe), damit beim Eintauchen in einen Elektrolyten kein galvanisches Element entsteht.

Der Schleifkörper 27 enthält vorzugsweise feingekörnten Korund als Schleifmaterial, durch welchen beim Drehen des Schleifkörpers die freien Stirnflächen der Elektrodenkörper 15 bis 18 und die axiale Endfläche des Kunststoffkörpers 12 abrasiv bearbeitet und hierdurch einwandfrei gereinigt werden. Der Anpreßdruck des Schleifkörpers 27 beträgt z. B. ungefähr 1 kg/cm².

Der Schleifmittel-Halter 25, die Welle 23 und die Schraubendruckfeder 29 sind aus einer nichtrostenden Stahllegierung gefertigt, da diese Teile im Betrieb mit der Flüssigkeit in Berührung stehen. Anstelle des genannten Materials kann aber auch ein anderes Verwendung finden, das eine ausreichende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Die Betriebs- und Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit ist wie folgt:

Die Einrichtung wird mindestens so tief in die zu untersuchende Flüssigkeit eingetaucht, daß die becherförmige Kapsel 34 vollständig von der Flüssigkeit umgeben ist. Die Leiter 19 bis 22 werden mit einer elektrischen Spannungsquelle und einem Stromstärkeanzeige- oder -registriergerät verbunden, und zwar vorzugsweise derart, daß die zwei äußeren Elektro-S denkörper 15 und 17 unmittelbar miteinander und die zwei inneren Elektrodenkörper 16 und 18 ebenfalls unmittelbar miteinander in Verbindung stehen. Zwischen den Elektrodenkörperpaaren 15, 16 bzw. 17, 18 liegen dann zwei einander parallel geschaltete Meßstrecken, in denen der elektrische Stromfluß durch die Flüssigkeit zu gehen hat. Der Welle 23 wird von der nicht dargestellten Antriebsvorrichtung eine intermittierende Drehbewegung erteilt. Eine Drehzahl von etwa 10 Umdrehungen pro Minute hat sich als günstig erwiesen. Durch die Drehung der Welle 23 werden die Endfläche des Kunststoffkörpers 12 und die freien Stirnflächen der Elektrodenkörper 15 bis 18 durch abrasive Wirkung des Schleifkörpers 27 gereinigt und überschliffen, so daß ein einwandfreier Stromübergang

»o zwischen der Flüssigkeit und den Elektrodenkörpern stets gewährleistet ist. Das mittels des Schleifkörpers 27 abgeschliffene Material, das sowohl aus der Flüssigkeit abgelagerte Verunreinigungen als auch Werkstoffpartikeln des Kunststoffkörpers 12 wie auch der Elektro-

ij denkörper 15 bis 18 und des Schleifkörpers 27 enthält, wird durch den Schleifkörper in die Nuten 32 gefördert. Auf diese Weise wird ein Verschmieren der gereinigten freien Flächen der Elektrodenkörper durch abradiertes Material verhütet.

Die Antriebsvorrichtung ist derart ausgebildet, daß jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl Umdrehungen der Welle 23 diese während einer ebenfalls vorbestimmten Intervalldauer stillsteht, wobei der Schleifkörper 27 jeweils die in F i g. 2 veranschaulichte Ruhelage zwischen den Elektrodenkörperpaaren 15,16 und 17, 18 einnimmt. In der Ruhelage ist der Schleifkörper 27 mit keinem der Elektrodenkörper in Berührung. Während dieser Ruhepause der Welle 23 und des Schleifkörpers 27 wird jeweils die Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit auf eine übliche und in der Elektrotechnik allgemein bekannte Weise durchgeführt.

Durch die Drehung der Welle 23 während Schleifund Reinigungsphase wird mittels der endlosen Nut 40 und des Schraubenbolzens 41 auch eine periodische Hub- und Senkbewegung der Kapsel 34 bezüglich des Kunststoff körpers 12 hervorgerufen und dadurch der freie Raum in der Kapsel periodisch verkleinert und vergrößert. Bei der Vergrößerung des freien Raumes ir der Kapsel 34 wird Flüssigkeit durch den Ringspalt 35 eingesaugt; bei der Verkleinerung des freien Räume· wird die Flüssigkeit durch den Ringspalt 35 wiedei ausgestoßen. So wird die der Leitfähigkeitsmessuni unterworfene Teilmenge der Flüssigkeit ständig erneu ert. Da während der Messung der Leitfähigkeit di< Welle 23 still steht, ruht dann auch die Kapsel 34 in ihrei abgesenkten Lage, so daß die in die Kapsel eingesaugt« Flüssigkeitsmenge während der Messung in Ruhe isl Das ist auch dann weitgehend der Fall, wenn dii Einrichtung in eine strömende Flüssigkeit eingetauch ist, da die Kapsel 34 die Flüssigkeitsströmung abhäli Die Kapsel 34 schützt ferner die freien Stirnflächen de Elektrodenkörper 15 bis 18 wie auch den Schleifkörpe 27 vor Schwemmgut.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, mit mindestens zwei in eine Flüssigkeit einzutauchenden Elektroden und einem rotierenden Reinigungsorgan zum Sauberhalten der für die Messung benutzten Elektrodenflächen, wobei als Reinigungsorgan ein abrasiv wirkendes Schleiforgan vorhanden ist und die Elektroden koaxial zu einer das Schleitorgan tragenden Welle angeordnet und je mit Ausnahme einer axialen Stirnfläche vollständig in einen isolierstoffkörper eingebettet sind, so daß die freien axialen Stirnflächen der Elektroden und eine Endfläche des Isolierstoffkörpers eine gemeinsame Fläche bilden, gegen die das Schleiforgan mittels einer Feder angepreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden Kreisringsektoren (15 bis 18) mit rechteckförmigem Querschnitt sind, und daß der Isolierstoffkörper (12) innerhalb der genannten Fläche eine Flächenpartie aufweist, auf welcher das Schleiforgan (27) aufliegen kann, ohne die freien Stirnflächen der als Elektroden dienenden Kreisringsektoren (15 bis 18) zu berühren.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffkörper (12) in der vom Schleiforgan (27) überstrichenen Fläche und im Abstand von den als Elektroden dienenden Kreisringsektoren (15 bis 18) mindestens eine nutenartige Vertiefung (32) zur Aufnahme von durch das Schleiforgan (27) abgetragenen Partikeln aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (32) eine etwa radial zur Welle (23) des Schleiforgans (27) verlaufende Nut ist, über die das Schleiforgan (27) hinweggleiten kann und deren Ausdehnung in radialer Richtung mindestens so groß wie die radiale Ausdehnung der als Elektroden dienenden Kreisringsektoren (15 bis 18) ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier als Elektroden dienende Kreisringsektoren (15 bis 18) vorhanden sind, von denen je zwei (15, 16 bzw. 17, 18) mit radialem Abstand parallel zueinander verlaufen, und daß die zwei Gruppen von parallelen Kreisringsektoren (15, 16 und 17, 18) einander etwa diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreisringsektor (15, 16) der einen Gruppe mit einem anderen Kreisringsektor (17 bzw. 18) der zweiten Gruppe elektrisch leitend verbunden ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringsektoren (15 bis 18) Rohrabschnitte sind.