DE2749547B1 - Sonde zur kontinuierlichen Niveaumessung - Google Patents

Description

• Die Sonde weist ein nanschförmiges Gehäuse 1 zur Befestigung an einem nicht dargestellten, eine elektrisch leitende Flüssigkeit enthaltenden Behälter auf, in welchem der Flüssigkeitsspiegel zwischen einem Mindestpegel 2 und einem Höchstpegel 3 pendelt.
• Drei Stabelektroden 4, 5, 6 durchsetzen mit ihrem oberen Ende das Sondengehäuse 1 druckdicht sowie elektrisch isoliert und sind mit elektrischen Leitern 7, 8, 9 verbunden. Mit ihrem unteren Ende reichen die Stabelektroden 4, 5, 6 bis unter den Mindestpegel 2 hinab. Sie werden dabei gemeinsam und auf ihrer gesamten Länge von einem Isolationsrohr 10 umgeben.
• Durch eine in letzteres unterhalb des Mindestpegels 2 eingesetzte Isolationsscheibe 11, die von den drei Stabelektroden 4, 5, 6 durchdrungen wird, ist das Rohrinnere in zwei übereinanderliegende Meßräume 12, 13 unterteilt. Um einen ortsfesten Sitz der Isolationsscheibe 11 zu gewährleisten, weist sie eine Radialbohrung 14 auf, welche einen Befestigungsstift 15 aufnimmt, der endseitig in Haltebohrungen 16 des Isolationsrohrs 10 gelagert ist. Ein Sicherungsbügel 17 verhindert ein Herausgleiten des Befestigungsstiftes 15 aus den Bohrungen 14,16.
• Im übrigen ist das Isolationsrohr 10 unmittelbar unterhalb der Isolationsscheibe 11 mit einer radialen Druckausgleichsbohrung 18 versehen, die ein sich vollständiges Füllen des Meßraumes 12 ohne störende Luftpolsterbildung sicherstellt. Eine weitere Druckausgleichsbohrung 19 weist das Isolationsrohr 10 oberhalb des Höchstpegels 3 auf, während unmittelbar über dem Außenrand der Isolationsscheibe 11 noch eine Durchflußbohrung 20 für die Flüssigkeit im Behälter vorgesehen ist. Eine konvexe, kegelförmige Gestaltung der dem Sondengehåuse 1 zugewandten Oberfläche 21 der Isolationsscheibe 11 bewirkt, daß in der Flüssigkeit möglicherweise enthaltene Sinkstoffe sich nicht zwischen den Stabelektroden 4, 5, 6 ablagern können, sondern durch die Durchflußbohrung 20 hinausgespült werden.
• Von den drei Stabelektroden dient die eine 4 als Kompensationselektrode. Zu diesem Zweck ist sie innerhalb des oberen Meßraumes 13 mit einem Isolationsmantel 22 versehen, so daß in diesem Fall lediglich der im unteren stets vollständig flüssigkeitsgefülltem Meßraum 12 gelegene Elektrodenteil die wirksame Fühlerlänge bildet. Demgegenüber sind die beiden anderen Stabelektroden 5, 6 in beiden Meßräumen 12, 13 ohne Isolationsmantel. Ihre von der Flüssigkeit beaufschlagte wirksame Fühlerlänge ändert sich mithin analog dem jeweiligen Niveaustand. Hierbei fungiert die Stabelektrode 6 als Meßelektrode, während die Stabelektrode 5 als Gegenelektrode für die beiden anderen dient.
• Das Vorhandensein der beiden gegeneinander abgegrenzten Meßräume 12, 13 garantiert, daß der Stromfluß zwischen den jeweiligen Elektrodenpaaren - dies sind einmal die Kompensations-Stabelektrode 4 und die Gegen-Stabelektrode 5 sowie andermal die Meß-Stabelektrode 6 und wiederum die Gegen-Stabelektrode 5 - durch in seitlicher Nachbarschaft der Stabelektroden häufig vorhandene metallische Bauteile, wie z B. der Behälterwand, nicht gestört wird. Ferner bleibt der Stromfluß zwischen der Kompensations-Stabelektrode 4 und der Gegen-Stabelektrode 5 von Niveauänderungen der Flüssigkeit innerhalb des Meßbereiches 2-3 gänzlich unbeeinflußt. Ergänzt durch die Ausbildung der Elektroden 4, 5, 6 als Stäbe gleichen Durchmessers, führt all dies zu einer innerhalb der Elektrodenpaare 4, 5 und 6, 5 jeweils an beiden Elektroden eines Paares gleichen Flächenstromdichte.
• Auch bei Flüssigkeiten besonders hoher elektrischen Leitfähigkeit ist damit eine präzise Niveaumessung ermöglicht.
• Bei der Meßanordnung in F i g. 4 sind drei parallel nebeneinander angeordnete Elektroden 23, 24, 25 bis unter einen Mindestpegel 26 in eine Flüssigkeit 27 hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Kesselwasser in Dampfkesseln, eingetaucht. Das tatsächliche Flüssigkeitsniveau 28 liegt zwischen dem Mindestpegel 26 und einem Höchstpegel 29.
• Von den drei Elektroden, die alle von gleicher Umfangsgröße sind, dient die linke als Meßelektrode 23 und die mittlere als Gegenelektrode 24, während die rechte als Kompensationselektrode 25 fungiert. Zu diesem Zweck ist sie oberhalb des Mindestpegels 26 mit einem Isolationsmantel 30 versehen. Unter dem Mindestpegel 26 ist eine horizontale, von den drei Elektroden 23, 24, 25 durchdrungene Isolationswand 31 vorgesehen. Darüber hinaus können die drei Elektroden 23, 24, 25 im Bedarfsfall gemeinsam von einem nicht dargestellten Isolationsrohr umgeben sein, analog zu Fig. 1.
• Meßtechnisch bildet jeweils die Meßelektrode 23 mit der Gegenelektrode 24 und die Kompensationselektrode 25 mit der Gegenelektrode 24 ein Elektrodenpaar.
• Bei dem Elektrodenpaar 25, 24 ist die korrespondierende wirksame Fühlerlänge bei beiden aufgrund des Isolationsmantels 30 und der Isolationswand 31 nach oben begrenzt und konstant. Hingegen variiert bei dem Elektrodenpaar 23, 24 die wirksame Fühlerlänge in Abhängigkeit des tatsächlichen Flüssigkeitsniveaus 28.
• Die beiden Elektrodenpaare 23, 24 und 25, 24 sind je an eine Speisespannungsquelle 32, 33 konstanter Spannung angeschlossen. Zwischen der Kompensationselektrode 25 und der Gegenelektrode 24 fließt hierbei ein Strom lk, der lediglich von der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit 27 und dem Polarisationswiderstand an den Elektroden 25, 24 abhängt, während für den zwischen der Meßelektrode 23 und der Gegenelektrode 24 fließenden Strom IM neben der Leitfähigkeit der Flüssigkeit 27 und dem Polarisationswiderstand an den Elektroden 23, 24 noch deren sich ändernde Eintauchtiefe bestimmend ist.
• Die innerhalb der Elektrodenpaare 23, 24 und 25, 24 jeweils an beiden Elektroden gleichgroße wirksame Oberfläche führt zu einer gleichen Flächenstromdichte an beiden Elektroden des Paares. Aufgrund der außerdem konstanten Speisespannungen wird der Polarisationswiderstand an den Elektroden 23,24, 25 zu einer Konstanten, deren GröBe lediglich von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit 27 abhängig ist, jedoch von Änderungen des Flüssigkeitsniveaus 28 unbeeinflußt bleibt. Bei dem zur Bildung des Meßsignals erfolgenden Vergleich der mittels geeigneter Einrichtungen 34, 35 gemessenen Ströme IM und jK in einem Komparator 36 dividiert sich daher neben dem Leitfähigkeitseinfluß überdies auch der störende Polarisationseinfluß aus dem Meßsignal heraus, wodurch eine zuverlässige Niveaumessung von besonders hoher Genauigkeit gewährleistet ist.
• Liste der Bezugszeichen 1 Sondengehäuse 2 Mindestpegel 3 Höchstpegel 4, 5, 6 Stabelektroden

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Sonde zum kontinuierlichen Messen des Niveaustandes elektrisch leitender Flüssigkeiten mit einem Sondengehäuse, welches eine ständig mit ihrer gesamten Fühlerlänge in die Flüssigkeit eingetauchte Kompensationselektrode sowie zwei je nach Niveaustand mehr oder weniger weit eingetauchte Elektroden trägt, von denen die eine als Meßelektrode und die andere als Gegenelektrode dient, g e k e n n z e i c h n e t durch die Vereinigung folgender Merkmale: a) die Elektroden bestehen aus drei parallel zueinander angeordneten. sich sämtlich bis unter den zu messenden Mindestpegel (2) der Flüssigkeit erstreckenden Stäben (4, 5, 6); b) am Sondengehäuse (1) ist ein die Stabelektroden (4, 5, 6) gemeinsam und in ihrer gesamten Länge aufnehmendes Isolationsrohr (10) angeordnet, welches unterhalb des Mindestpegels (2) eine das Rohrinnere in zwei gegeneinander abgegrenzte Meßräume (15 13) trennende, von den Stabelektroden (4, 5, 6) durchdrungene Isolationsquerwand (11) aufweist; c) das Isolationsrohr (10) besitzt radiale Durchfluß. und/oder Druckausgleichsbohrungen (18, 19,20) zu den beiden Meßräumen (12,13); d) die die Kompensationselektrode bildende Stabelektrode (4) ist oberhalb der Isolationsquerwand (11) von einem Isolationsmantel (22) fest umgeben.
2. 2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsquerwand (11) aus einer lösbar in das Isolationsrohr (10) eingesetzten Scheibe besteht
3. 3. Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsscheibe (11) mindestens eine Radialbohrung (14) aufweist, die von einem Befestigungsstift (15) durchsetzt ist, welcher endseitig in radialen Haltebohrungen (16) des Isolationsrohrs (10) gelagert ist.
4. 4. Sonde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsrohr (10) eine Durchflußbohrung (20) unmittelbar oberhalb der Isolationsquerwand (11) aufweist.
5. 5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Sondengehäuse (1) zugewandte Oberfläche (21) der Isolationsquerwand (11) konvex ausgebildet ist
6. 6. Sonde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Elektrodenpaare (23, 24 und 25, 24) konstante Speisespannungen angelegt werden, wobei das Verhältnis der an den beiden Elektrodenpaaren (23, 24 und 25, 24) fließenden Ströme (J"r 1X) ein Maß für den Niveaustand elektrisch leitender Flüssigkeiten im Behalter bildet Die Erfindung betrifft eine Sonde zum kontinuierlichen Messen des Niveaustandes, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruches spezifiziert ist Eine bekannte Ausführung besagten Sondentypes (DE-PS 2442938) hat sich bei der kontinuierlichen Niveaumessung in einem weiten Einsatzbereich bewährt In Flüssigkeiten besonders hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie etwa das Kesselwasser in Dampfkesseln sie besitzt, konnte allerdings mit der bekannten Sonde ein zuverlässiges Meßergebnis nicht erzielt werden.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonde der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch in Flüssigkeiten sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit eine Niveaumessung hoher Genauigkeit ermöglicht.

   Die gestellte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Erfindungsmerkmale gelöst Die erfindungsgemäße Sonde ist mit zwei Meßräumen versehen, die gegeneinander sowie auch gegen eventuell der Niveausonde seitlich benachbarte metallische Bauteile, zB. der Behälterwand, elektrisch abgeschirmt sind. Ferner schafft die Stabform der drei Elektroden die Voraussetzung, bei allen den gleichen Durchmesser und mithin die gleiche Umfangsgröße realisieren zu können. Bei den beiden zusammenwirkenden Elektrodenpaaren - Kompensations-Stabelektrode und Gegen-Stabelektrode zum einen sowie Meß Stabelektrode und Gegen-Stabelektrode zum anderen - ist innerhalb der Paare jeweils an beiden Stabelektroden die gleiche Flächenstromdichte vorhanden. Dies gewährleistet eine genaue Niveaumessung auch bei Flüssigkeiten sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit.

   Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand Der Anspruch 2 gibt eine Ausführung der Isolationsquerwand an, die es gestattet, für sie wie auch für das Isolationsrohr auf handelsübliche Halbzeuge zurückzugreifen, wobei der Anspruch 3 eine besonders vorteilhafte Art der Befestigung der Isolationsquerwand im Isolationsrohr zum Gegenstand hat Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 beugen einer eventuellen Ansammlung von Sinkstoffen aus der Flüssigkeit im Isolationsrohr vor.

   Bei Flüssigkeiten hoher elektrischer Leitfähigkeit kommt es zu Polarisationserscheinungen an den Elektroden, indem zusätzlich zum realen Flüssigkeitswiderstand ein komplexer Widerstandsanteil zu berücksichtigen ist, der sogenannte Polarisationswiderstand.

   Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 wird der Polarisationswiderstand zu einer Konstanten, deren Größe lediglich von der jeweiligen Leitfähigkeit der zu überwachenden Flüssigkeit, jedoch nicht von Niveaustandsänderungen abhängig ist Beim Vergleich der zwei sich ausbildenden Ströme zwischen der Meß- und der Gegenelektrode einerseits sowie der Kompensations- und wiederum der Gegenelektrode andererseits dividiert sich dann der Polarisationseinfluß angesichts der Konstanz aus dem Meßsignal heraus Soll im übrigen die Meßsignalbildung entsprechend dem besonders vorteilhaften Verfahren gemäß der DE-PS 22 15950 erfolgen, so sind lediglich besagte Ströme mittels geeigneter Transmitter in proportionale Teilspannungen umzuwandeln.

   In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße Sonde im Winkelschnitt 1-1, Fig. 2 die Sonde aus Fig. 1 im Querschnitt ll-ll, Fig. 3 die Sonde aus Fig. 1 im Querschnitt 111-111 und F i g. 4 die Schemadarstellung einer Meßanordnung mit der erfindungsgemäßen Sonde.