DE2639643A1

DE2639643A1 - Messonde zur messung einer variablen eigenschaft einer fluessigkeit

Info

Publication number: DE2639643A1
Application number: DE19762639643
Authority: DE
Inventors: Gordon Ross Brushwyler; Timothy Frank Scott
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 1975-09-04
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-04-21
Also published as: GB1544256A; JPS5232395A; US4018661A

Description

FlIlHIAKWAtT Dipl. ing. B. HOIiZEB

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8900 AUGSBVRO

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R. 967

Augsburg, den 23. August 1976

Robertshaw Controls Company, 1701 Byrd Avenue, Richmond,

Virginia, V. St. A.

Meßsonde zur Messung einer variablen Eigenschaft einer

Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Meßsonde zur Messung einer variablen Eigenschaft einer Flüssigkeit_a Insbesondere handelt es sich dabei um eine als pH-Meßzelle in Flüssigkeiten, die suspendierte Fremdteilchen enthalten, geeignete Meßsonde«

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Bei der Messung von variablen Eigenschaften in einer suspendierte Fremdteilchen enthaltenden Flüssigkeitsströmung treten beträchtliche Schwierigkeiten auf. Diese Schwierigkeiten sind besonders groß, wenn Meßeinrichtungen verwendet werden, die Meßfühler wie beispielsweise Elektroden aufweisen, die ein zu der, mit der Flüssigkeit in Berührung stehenden Meßfühlerfläche proportionales Signal erzeugen, wie es typischerweise bei den Elektroden eines pH-Meßgerätes der Fall ist, welches eine Bezugselektrode mit einem porösen Verbindungselement zur Flüssigkeit und eine Meßelektrode aufweist, die in Berührung mit der Flüssigkeit steht« Eine Verschmutzung der Elektrodenflächen oder der Verbindungselement flächen mit Fremdteilchen aus der Flüssigkeit beeinträchtigt das Ansprechen der Elektroden und führt zu fehlerhaften Meßwerten_e

Es sind schon einige Versuche unternommen worden, um die genannten Schwierigkeiten dadurch zu beseitigen, daß um die Meßelektrode und das Verbindungselement der Bezugselektrode herum eine perforierte kreisförmige Abschirmung angeordnet wird« Wenn eine so ausgebildete Meßsonde in einer Flüssigkeitsströmung mit beträchtlichen Mengen von suspen dierten Teilchen, beispielsweise einer noch nicht aufbereiteten Abwasserströmung, zum Einsatz kommt, füllt sich die

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zylindrische Abschirmung schnell mit Pestteilchen, wodurch die Elektrodenoberflächen blockiert werden, so daß eine häufige Wartung und Reinigung- einer solchen Meßsonde notwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßsonde der eingangs genannten Art im Sinne einer Verringerung der Beeinträchtigungen durch in der Flüssigkeit suspendierte Premdteilchen zu verbessern,)

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Meßsonde gemäß der Erfindung durch ein Sondengehäuse mit einem geschlossenen, in die Flüssigkeit einzutauchenden Ende, welches eine konkave Einbuchtung aufweist, deren Seitenwände unter einem spitzen Winkel zur Gehäuselängsachse geneigt sind und mindestens eine öffnung aufweisen, und durch ein auf die genannte variable Eigenschaft der Flüssigkeit ansprechendes Meßfühlerelement gekennzeichnet, welch letzteres in die genannte öffnung eingesetzt ist und eine mit der Seitenwand der Einbuchtung im wesentlichen bündige, der Flüssigkeit zugewandte Fühlerfläche besitzt_o

Die genannte Durchgangsöffnung der Einbuchtungsseitenwand steht mit einer im Gehäuse gebildeten Ringkammer in Verbindung, die einen Elektrolyten und die Bezugselektrode einer pH-Meßeinrichtung enthalte Die Meßelektrode der

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pH-Meßeinrichtung ist in einer mittigen Durchgangsöffnung des Gehäuses angeordnet und ragt in den Einbuchtungsraum hineinο Die Einbuchtung bedingt eine kreisförmige Bewegung der an der Meßsonde vorbeiströmenden Flüssigkeit, so daß die Flüssigkeit die Oberflächen der Meßelektrode und des Verbindungselements zur Bezugselektrode überspült und diese von Fremdteilchen freihält.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse an einer zylindrischen Kappe befestigt, so daß eine Kammer zur Aufnahme der elektrischen Schaltungselemente der Meßeinrichtung gebildet ist_c Die aus der Kappe und dem Gehäuse gebildete Anordnung ist vorzugsweise in der Mittenöffnung eines ringförmigen Schwimmkörpers befestigt, welcher die Meßsonde in der Flüssigkeit trägt und die Sonde gegen Kollisionen mit schwimmenden Materialstücken oder mit den Wänden einer Flüssigkeitsaufbereitungsanlage schützt.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise mehr im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht

einer Meßsonde nach der Erfindung, die in einen Schwimmkörper eingesetzt ist,

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Pig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig.

gezeigte Anordnung,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene

Seitenansicht auf die in Fig. gezeigte Anordnung,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Meßsonde

nach der Erfindung, und

Fig. 5 eine Untersicht der Meßsonde*

Fig« 1 zeigt eine Meßsonde nach der Erfindung mit einem Gehäuse 10, das ein etwa kugeliges Unterteil aufweist, und mit einer zylindrischen Kappe 20· Die Meßsonde ist von einem ringförmigen Schwimmkörper 30 umgeben» Diser Schwimmkörper trägt eine Anzahl von Laschen 32, die als Befestigungsösen für Halteschntire oder dergleichen dienen» Die zylindrische Kappe 20 weist einen mittigen Stopfen 22 auf, der die Anschlußleitungen 24 der Elektroden der Meßsonde aufnimmt«

Gemäß Fig* 2 ist der ringförmige Schwimmkörper 30 um die Kappe 20 herum an der Meßsonde befestigte Die Kappe 20 ist mittels einer Anzahl Schrauben 26, die in Gewindebohrungen des Gehäuses 10 eingeschraubt sind, mit dem Meßsondengehäuse 10 verbunden* Die 'ösen in den Laschen

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des Schwimmkörpers 30 sind an einer oder mehreren Schnüren 34 befestigt und die Anschlußleitungen 24 sind zweckmäßigerweise mit Hilfe von Schellen 36 oder dergleichen an einer der Schnüre 34 befestigte

Aus Figo 3 ist ersichtlich, daß die Kappe 20 etwa zylindrisch ausgebildet ist, und daß ihr unterer Teil 40 einen etwas kleineren Außendurchmesser als ihr oberer Teil aufweist, so daß ein Absatz 42 gebildet ist. Das Gehäuse weist ebenfalls einen Ansatz 12 mit verringertem Außendurchmesser auf, der zusammen mit dem unteren Wandteil 40 der Kappe 20 eine etwa kontinuierliche Zylinderfläche bildet. Der Schwimmkörper 30 umschließt den Ansatz 12 des Gehäuses und den unteren Teil 40 der Kappe 20 und wird von den Absätzen 42 und 14 dieser beiden Teile in seiner Stellung gehalten.

Das Gehäuse 10 besitzt eine Anzahl von am Umfang verteilten Bohrungen, in welche Gewindemuttern zur Aufnahme der Schrauben 26 eingesetzt sind, die durch Bohrungen 44 des unteren Teils 40" der Kappe 20 hindurchverlaufen. Die Schraubenköpfe sitzen in am Umfang der Kappe 20 verteilten Aufbohrungen 46. Auf diese Weise ist die Kappe 20 mit dem Gehäuse 10 verbunden und der Schwimmkörper 30 an der Meßsonde befestigte

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Der Schwimmkörper 30 kann beispielsweise als Vollkörper aus geschlossenzelligem Kunststoffschaum oder dergleichen oder, wie dargestellt, hohl ausgebildet sein, indem eine obere Viand 34 und eine untere Wand 36 miteinander verbunden sind und eine abgeschlossene Auftriebskammer 38 begrenzen,.

Das Gehäuse 10 weist ferner einen weiteren oberen Ansatz 18 auf, der mit einer Ringnut 50 versehen ist, in welcher ein O-Ring liegt, der federnd an der Innenwand der Kappe 20 anliegt und eine im Inneren der Kappe gebildete Kammer 48 abdichtet» Wie bereits erwähnt, ist an der Oberseite der Kappe 20 ein Stopfen 22 angeordnet« Die obere Wand der Kappe 20 ist mit einer Gewindebohrung 60 versehen, welche den Gewindezapfen des Stopfens 22 aufnimmt_β Der Stopfen 22 enthält einen durchgehenden Kanal 62, durch welchen die Anschlußleitungen 24 hindurch in die Kammer 48 hineinverlaufen, wo sie mit einer auf einer Platte 66 angeordneten Anschlußleiste 64 verbunden sind. Von der Anschlußleiste 64 verläuft eine Leitung 67 zur Bezugselektrode der Meßsonde und eine Leitung 68 verläuft zu der in der Einbuchtung 71 an der Gehäuseunterfläche angeordneten Meßelektrode 7O₀

Nachstehend wird mit Bezug auf Pig, 4 die Konstruktion des Gehäuses 10 mehr im einzelnen beschriebene Wie darge-

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stellt, weist das Gehäuse 10 einen etwa kugeligen unteren Teil 72 auf, der an der Unterseite mit einer Einbuchtung versehen ist. Die Einbuchtung weist einen in der Mitte mit einer öffnung versehenen Teil 7^ und Seitenwände 76 auf, welch letztere unter einem spitzen Winkel zur Hauptachse des Gehäuses 10 geneigt sind. Die Einbuchtung 71 kann im Querschnitt auch gekrümmt sein, beispielsweise bogenförmig, elliptisch usw„, wobei jeweils die Tangente der unteren Abschnitte der Seitenwände 76 unter einem spitzen Winkel zur Gehäusehauptachse geneigt sein sollten_o Das Gehäuse weist eine mittige Durchgangsöffnung 78 auf, die bei 80 abgesetzt und mit einem Innengewinde versehen ist, um die Meßelektrodenbaugruppe 82 herausnehmbar einsetzen zu können«

Die Elektrodenbaugruppe 82 weist eine grundsätzlich rohrförmige Konstruktion auf und besitzt einen mit Gewinde versehenen Hals 84, der in das Innengewinde des abgesetzen Bohrungsteils 80 eingeschraubt wird₀ Die Meßelektrode 70 ist eine übliche, für pH-Meßgeräte verwendete Elektrode mit einer einen Elektrolyten umschließenden Glasmembran, Die Elektrodenleitung 68 verläuft von der Elektrode aus durch eine mittige Bohrung des rohrförmigen Teils 82„ Vorzugsweise enthält die Elektrodenbaugruppe auch ein , Temperaturkompensationelement, beispielsweise einen Thermistor 88, der an den Abschirmungsieiter der Leitung 68 der Elektrode 70 angeschlossen und durch einen Leiter 69

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mit der Anschlußleiste 64 verbunden ist₀

Das Gehäuse 10 enthält eine Ringkammer 90, welche die Durchgangsbohrung 78 koaxial umschließt_e Diese Ringkammer 90 erstreckt sich über die Länge des Gehäuses 10 und endigt im Gehäuse nahe den geneigten Seitenwänden der Einbuchtung 71. In den Seitenwänden ist mindestens eine Durchgangsöffnung 92 gebildet, die mit der Ringkammer in Verbindung steht, und vorzugsweise sind noch eine oder mehrere zusätzliche Durchgangsöffnungen 94 in gleicher Weise gebildete Die Ringkammer 90 enthält den Bezugselektrolyten für die pH-Meßeinrichtung.

Innerhalb des in der Ringkammer 90 befindlichen Elektrolyten ist eine Bezugselektrode 96 angeordnet und die Ringkammer 90 ist durch einen Ring 98 verschlossen, der in eine Ringnut 100 an der Oberseite der Ringkammer eingesetzt ist₀ Dieser Ring ist mit' einer mit Innengewinde versehenen Durchgangsöffnung 102 versehen, welche einen darin eingeschraubten Stopfen 104 aufnimmt, der einen die Kammer zugänglich machenden Verschluß bildet₀ Außerdem ist der Ring mit einer mit Innengewinde versehenen Bohrung 106 versehen, welche einen Stopfen 108 aufnimmt, der seinerseits eine mittige Bohrung aufweist, in welche die von der Anschlußleiste 64 kommende Leitung 67 hineinverläuft O

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Die gesamte Anordnung ist mittels Dichtungselementen abgedichtet, beispielsweise mittels eines O-Ringes 110, der in eine Ringnut 112 des rohrförmigen Teils 82 eingelegt ist, und mittels des bereits erwähnten O-Ringes 52 in der Ringnut 50 des oberen Gehäuseansatzes 18.

Die Durchgangsöffnungen 92 und 94 sind durch poröse Scheiben 114 verschlossen, die in diese Öffnungen eingesetzt und jeweils durch einen O-Ring 116 abgedichtet sind«, Diese porösen Scheiben 114 werden von Stopfen 117 gehalten, die einen Gewindehals 118 aufweisen, der in das Innengewinde der betreffenden Bohrung 92 bzw_e 94 eingeschraubt ist₀ Die porösen Scheiben 114 der Stopfen 117 bilden Verbindungselemente der pH-Meßeinrichtung.

Die Gehäuseunterfläche ist außerdemin Fig. 5 dargestellt, welche die Einbuchtung 71 mit einem etwa flachen Mittelbereich 74 und den die Stopfen 117 enthaltenden Öffnungen 92 und 94 zeigte

Die Einbuchtung 71 erzeugt Wirbelströmungen in der an dem eingetauchten Gehäuse 10 vorbeiströmenden Flüssigkeitsströmung» Die allgemeine Form dieser Wirbelströmungen ist durch die Pfeillinie 120 in Figo 4 als etwa schraubenförmige Strömung gezeigt, die über die schrägen Seitenwände der

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Einbuchtung 71 hinweg und um die Meßelektrode 70 herumströmt, die vom Mittelbereich 74 der Einbuchtung herausragt„ Die Wirkung der Wirbelströmung in der Flüssigkeit besteht in einer Erhöhung der Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit an der Meßelektrode 70 und an den durch die porösen Scheiben 114 gebildeten Verbindungselemente zur Bezugselektrode vorbei. Diese Wirbel in der strömenden Flüssigkeit spülen Fremdteilchen von den Meßflächenbereichen der Meßsonde weg₀

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

lojMeßsonde zur Messung einer variablen Eigenschaft einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch ein Sondengehäuse (10) mit einem geschlossenen, in die Flüssigkeit einzutauchenden Ende (72), welches eine konkave Einbuchtung (71) aufweist, deren Seitenwände (76) unter einem spitzen Winkel zur Gehäuselängsachse geneigt sind und mindestens eine öffnung (92) aufweisen, und durch ein auf die genannte variable Eigenschaft der Flüssigkeit ansprechendes Meßfühlerelement (117), das in die genannte öffnung eingesetzt ist und eine mit der Seitenwand der Einbuchtung im wesentlichen bündige, der Flüssigkeit zugewandte Fühlerfläche besitzt.

2β Meßsonde nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein weiteres Meßfühlerelement (70), das in einer weiteren öffnung (78, 80) in der Mitte der Einbuchtung (71) angeordnet ist und in den Einbuchtungsraum hineinragt.

3. Meßsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Meßfühlerelement (70) die Meßelektrode einer pH-Meßeinrichtung ist und das erstgenannte Meßfühlerelement (117) ein Verbindungselement (114) zur Herstellung einer Verbindung zur Bezugselektrode (96) der Meßeinrichtung ist.

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4β Meßsonde nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mindestens ein weiteres, in einer weiteren öffnung (9¹O der Seitenwand (76) der Einbuchtung (71) angeordnetes Verbindungselement (114) zur Herstellung der Verbindung mit der Bezugselektrode (96)„

5 ο Meßsonde nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) eine mittige Bohrung (78) zur Aufnahme der Meßelektrode (70) und eine damit koaxiale Ringkammer (90) aufweist, mit welcher die in der Seitenwand (76) der Einbuchtung (71) gebildete(n) öffnung(en) (92, 94) in Verbindung steht (stehen),,

6. Meßsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (70) in einem rohrförmigen Teil (82) montiert ist, das einen Gewindehals aufweist und mit diesem in die ebenfalls mit Gewinde versehene mittige Gehäusebohrung (78, 80) eingeschraubt ist₀

7· Meßsonde nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (90) durch einen fest am Gehäuse (10) befestigten Deckring (98) abgeschlossen st, der mindestens eine die Bezugselektrode (96) der pH-Meßeinrichtung aufnehmende öffnung (106) aufweist,,

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8, Meßsonde nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte rohrförmige Teil (82) ein temperaturempfindliches elektrisches Bauelement (88) enthält, das mit der Meßelektrode (70) zusammengeschaltet ist.

9o Meßsonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Bauelement (88) ein Thermistor ist_c

1Oo Meßsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 9» gekennzeichnet durch eine etwa rohrförmige Kappe (20), die zusammen mit dem Gehäuse (10) eine abgeschlossene Kammer (48) begrenzte

Ho Meßsonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Gehäuse (10) und der Kappe (20) gebildete Anordnung in die Mittenöffnung eines ringförmigen Schwimmkörpers (30) eingesetzt ist.

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