DE3140271A1

DE3140271A1 - Leitfaehigkeitsmesszelle

Info

Publication number: DE3140271A1
Application number: DE19813140271
Authority: DE
Inventors: William Martin Pittsburgh Pa. Hickam; Pang-Kai Murrysville Pa. Lee; William Tenney Irwin Pa. Lindsay jun.
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1980-10-15
Filing date: 1981-10-10
Publication date: 1982-08-05
Also published as: FR2492102A1; DE3140271C2; FR2492102B1; JPS5796245A; BR8106189A; IT1139209B; KR880000357B1; ES506249A0; CA1160687A; ZA816137B; JPH0210901B2; US4357576A; ES8302306A1; IT8124430A0; KR830008169A

Description

ft να

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Leitfähigkeitsmeßzelle

Die Erfindung betrifft eine Leitfähigkeitsmeßzelle, welche in einer unfreundlichen Umgebung Verwendung findet, in der sich ein dünner Elektrolytfilm auf der Zelle niederschlagen kann.

Leitfähigkeitsmeßzellen zum Ausmessen der elektrischen Leitfähigkeit in strömenden Medien umfassen zwei voneinander getrennte elektrische Elektroden, zwischen welchen ein elektrisches Potential wirksam ist. Wenn die Elektroden an eine Meßschaltung angeschlossen sind, z.B. in Form einer Meßbrücke, kann der elektrische Leitwert des strömenden Mediums festgestellt werden, welcher zwischen den Elektroden wirksam ist. Derartige Meßanordnungen sind für einen Einsatz in einer rauhen unfreundlichen Umgebung kaum geeignet. Eine solche Umgebungsatmosphäre ergibt sieh z.B. in einer Dampfturbine, bei welcher der überhitzte Dampf oft geringe Konzentrationen unterschiedlicher Verunreinigungen enthält, wie z.B. Natriumchlorid. Während des Betriebs und zwar aufgrund der Expansion des Dampfes im Niederdruckbereich der Turbine ist es möglich, daß das eingebrachte Natriumchlorid mengenmäßig ausreicht, um eine gesättigte Lösung zu bilden, welche, wenn sie sich auf den Turbinenschaufeln niederschlägt, zu Korrosion und Rissen führen kann.

An sich bekannte Leitfiihigkeitsmeßzellen sind nicht nicht geeignet, um die Leitfähigkeit in einer solchen unfreundlichen Umgebung im Bereich einer Turbine auszumessen. Überdies schlägt sich das gelöste Natriumchlorid in Form einer dünnen Schicht auf der Meßzelle nieder, wobei der Leitwert dieser Schicht zwischen den beiden in einem Abstand voneinander angeord-neten Elektroden der Zelle nicht ausgemessen werden kann.

Der

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitfähigkeitsmeßzelle zu schaffen, welche diese Nachteile überwindet und die Möglichkeit bietet, jederzeit die Ablagerung eines dünnen Elektrolytfilmes meßteehnisch festzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei in einem Abstand nebeneinander angeordnete Elektroden mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential beaufschlagt sind, daß zwischen den Elektroden ein isolierender Abstandssteg angeordnet ist, welcher an den Elektroden anliegt, daß der Abstandsstog eine zwischen den Elektroden verlaufende Oberfläche für die Ablagerung des dünnen Elektrolytfilms hat, und daß die Menge der Ablagerung mit Hilfe einer Messung des über den Elektrolytfilm auf der Oberfläche fließenden Stromes feststellbar ist.

Eine nach den Merkmalen der Erfindung aufgebaute Leitfähigkeitsmeßzelle kann mit Hilfe einer Sonde , z.B. in eine Dampfturbine eingeführt werden, so daß während des Betriebs die Ablagerung eines dünnen Elektrolytfilmes nach Dicke und Ablagerungsgeschwindigkeit ausmeßbar ist. Auf diese Weise läßt sich die Ablagerung von korrosiven Stoffen wie z.B. Natriumchlorid oder andere Salze bzw. Hydroxyde , welche wie starke Elektrolyte wirken, leicht feststellen und kontrollieren.

Die Leitfähigkeitszelle wird zweckmäßigerweise in eine Meßsonde eingesetzt, welche aus einem Gehäuse besteht, die ein oder mehrere Leitfähigkeitszellen in Vertiefungen bzw. Ausnehmungen aufnimmt. Die einzelne Leitfähigkeitsmeßzelle hat eine genau definierte, für die Ablagerung des Elektrolytfilms vorgesehene Oberfläche, so daß mit Hilfe geeigneter Meßschaltungen z.B. mit Hilfe einer Meßbrücke, die Ausbildung des dünnen Elektrolytfilms sehr genau unter Betriebsbedingungen feststellbar ist.

Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand von auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Leitfähigkeitsmeßzelle in explodierter Darstellung, 35

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Fig. IA eine Leitfähigkeitsmeßzelle gemäß Fig. 1 in zusammengebauter Darstellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Leitfähigkeitsmeßzelle gemäß Fig. IA,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Lei tfähigkeitssone unter Verwendung einer Leitfähigkeitsmeßzelle gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Leitfähigkeitssonde gemäß Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Leitfähigkeitssonde mit einem Verlängerungsstück,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Leitfähigkeitssonde,

Fig. 8 eine Stirnansieht der Leitfähigkeitssonde gemäß Fig. 7,

Fig. 9 eine Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Leitfähigkeitssonde,

Pig· 10 ^unc· H weitere Lcitfnhigkeitsmeßzellen mit einem unterschiedlichen Aufbau.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Leitfähigkeitsmeßzelle 10 gemäß der Erfindung ist in einer Halterung 12 untergebracht, in welche durch einen Abstandssteg 16 getrennte Schlitze 14 und 15. eingearbeitet sind. Die Halterung einschließlich dem Abstandssteg werden aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, das jedoch auch einem rauhen Einsatz in einer unfreundlichen Umgebung standhält. Typischerweise kann hierfür eine Glaskeramik Verwendung finden, wie sie z.B. unter dem Warenzeichen Macor bekannt ist.

Die

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Die Leitfähigkeitsmeßzelle umfaßt ferner zwei Elektroden 20 und 21, welche aus einer Metallfolie hergestellt sein können und beispielsweise aus Platin bestehen. Die Metallfolie ist gemäß Fig. 1 rechtwinkelig abgewinkelt, so daß seitliche Wände 24 bzw. 25 und Deckflächen 28 bzw. 29 entstehen. Ferner sind an den Elektroden Lappen 32 und 33 vorgesehen, an welchen elektrische Anschlußleitungen 34 und 35 z.B. durch Schweißen befestigt sein können.

Die Elektroden 20 und 21 liegen auf Auflageelementen 38 und 39 auf, welehe ihrerseits in den Schlitzen 14 und 15 der Halterung 12 plaziert sind. Die einzelnen Komponenten der Leitfähigkeitsmeßzelle werden mit Hilfe eines Hochtcmperaturklebers zusammengehalten, der beispielsweise aus einem Epoxidharz bestehen kann.

In Fig 2 ist eine vergrößerte Teildarstellung der Leitfähigkeitsmeßzelle gezeigt, aus welcher die Zuordnung des Abstandsteges 16 zu den Elektroden 20 und 21 hervorgeht. Aus der Darstellung kann man entnehmen, daß die Oberfläche 42 des Abstandsteges 16 zwischen den Elektroden 20 upd 21 verläuft und an diesen endet. Diese Oberfläche bildet zusammen mit den freiliegenden Bereichen 50 und 51 an den seitlichen Wänden 24 und 25 einen Kanal 44 bzw. 54, der die Ablagerung-des dünnschichtigen Elektrolytes aufnehmen kann. Die beiden freiliegenden Bereiche 50 und 51 der seitlichen Wände 24 und 25 haben den Abstand 1 voneinander und jeweils eine Höhe h über der Oberfläche 42. Diese Höhe h entspricht etwa der Dicke der Elektroden 20 und 21, welche eine Länge a haben.

Im Einsatz werden die Elektroden an eine nicht dargestellte allgemein bekannte Meßbrücke angeschlossen, wobei die Leitfähigkeitsmeßzellen in der Umgebung angebracht sind, in welcher die dünnschichtige Ablagerung des Elektrolyt auf der Oberfläche 42 erfolgen kann. Der elektrische Strom von einer zur anderen Elektrode wird durch den Elektrolyt in der Weise moduliert bzw. verändert, daß das Vorhandensein eines Elektrolyts und auch dessen Ablagerungsgeschwindigkeit innerhalb des Kanales 44 bzw. 54 festgestellt werden kann. Wenn nur eine Art elektrolytiseher Ablagerung stattfindet und

die

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die physikalischen Konstanten des Elektrolyten bekannt sind, kann man daraus und den bekannten Abmessungen des Kanals die Dicke der Ablagerung sowie die Geschwindigkeit und die Masse der Ablagerung pro Flächeneinheit und Zeit ermitteln.
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Im Einsatz der Leitfähigkeitsmeßzelle in einer unwirtlichen Umgebung kann es wünschenswert sein, diese in einem Gehäuse oder einer Sondenhalterung unterzubringen. Eine derartige Sondenhalterung ist in Fig. 3 perspektivisch und in Fig. 4 im Schnitt dargestellt. Die Sondenhalterung besteht aus einem Gehäuse 56, das aus einem rostfreiem Stahlstab hergestellt sein kann' und umfaßt eine bzw. mehrere Ausnehmungen 58, in welche ein oder mehrere Leitfähigkeitsmeßzellen 10 eingesetzt werden können. Bei der Verwendung von zwei Ausnehmungen kann die zweite Ausnehmung 58' auf der Rückseite der Darstellung, wie gestrichelt angedeutet, vorgesehen sein.

In das Gehäuse verlaufen Bohrungen 60 und 61 bzw. 60' und 61' , durch welche die Zuführungsleitungen geführt sind.

Im Einsatz kann es wünschenswert sein, zusätzlich zur Leitfähigkeitsangabe auch eine Temperaturangabe zu erhalten. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, einen Temperaturfühler in Form eines Thermoelementes 64 in einem der Ausnehmungen für die Leitfähigkeitsmeßzelle unterzubringen. Das Thermoelement gibt seinen Meßwert über die Leitungen 65 und 66 zur Weiterverarbeitung ab. Entsprechend kann auch ein zweites Thermoelement 64' zusammen mit der Leitfähigkeitsmeßzelle 10' vorgesehen sein.

Es sind ferner Keramikstäbe 70 und 71 und ggf. 70' und 71' vorgesehen, welche Längsbohrungen für die Aufnahme der elektrischen Leitungen 34 und 35 und ggf. 65 und 66 zu den Leitfähigkeitsmeßzellen aufweisen. Die Keramikstäbe 70 und 71 bzw. 70' und 71' werden in die Bohrungen 60 und 61 bzw. 60' und 61' eingesetzt und dienen dem Schutz der Leitungen. Es ist vorgesehen, die Leitfähigkeitsmeßzellen und die übrigen Komponente, wie z.B. die Thermoelemente 64 und 64' in den Ausnehmungen 58 bzw. 58' ebenfalls mit einem Epoxidharz zu befestigen.

Das

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Das Gehäuse und die Meßzelle bilden zusammen eine Meßsonde die in die unwirtliche Umgebung eingeführt werden kann. .Ein solches System kann z.B. bei Turbinen Verwendung finden, wobei der Einführungsweg verhältnismäßig lang sein kann, so daß wie in Fig. 6 dargestellt die Sonde mit einem Verlängerungsstück 76 versehen werden muß. Dieses Verlängerungsstück 76 wird auf ein Gewinde am rückseitigen Ende 74 der Meßsonde aufgesehraubt.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform einer Meßsonde 80 dargestellt, welche eine Ausnehmung für die Aufnahme einer Leitfähigkeitsmeßzelle 81

U) hat. Das Gehäuse 82 ist stromlinienförmig ausgebildet, so daß die Sonde in einem strömenden Medium bzw. einer strömenden Umgebung untergebracht werden kann, wie dies durch die Strömungslinien 84 in Fig. 8 angedeutet ist. Durch die Formgebung wird eine vorhandene Strömung und auch die Flußbedingungen, unter welchen sich die Kondensation eines Elektrolyts ergeben kann, kaum beeinflußt. Das Gehäuse der Meßsonde 80 hat am hinteren Ende 86 ebenfalls ein Gewinde und kann wie bereits erläutert auf ein Verlängerungsstück aufgeschraubt werden.

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform einer Meßprobe 90 dargestellt, deren Gehäuse 91 zylindrisch aufgebaut ist und am vorderen oberen Ende 92 des Gehäuses 91 eine Ausnehmung für die Aufnahme der Leitfähigkeitsmeßzelle hat. Diese zylindrische Ausnehmung 94 nimmt eine ebenfalls zylindrisch gestaltete Meßzelle 96 auf, welche abweichend von der Anordnung gemäß Fig. 1 eine zylindrische Halterung 98 hat. Die Elektrodenhalterungen 100 und 101 können dabei so bearbeitet sein, daß ihre Oberfläche dem Umfang der Halterung angepaßt ist. Entsprechend sind dann die Elektroden 103 und 104 an der Deckfläche geformt, damit sie sich der Form der Halterung 98 anpassen. Eine derartige Anpassung der Halterung für die Elektroden sowie der Elektroden selbst an die Form der Meßsonde kann auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 vorgesehen sein. Obwohl in den Fig. 7 und 9 nicht dargestellt, ist auch bei diesen Meßsonden vorgesehen, ggf. für eine Temperaturmessung entsprechend ein Thermoelement einzubauen.

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In Fig. 10 ist eine Leitfähigkeitsmeßzelle 108 dargestellt, die aus einer ersten und zweiten Elektroden 110 und 111 besteht, die gegeneinander mit Hilfe eines Abstandelementes 112 elektrisch isoliert sind. Es können weitere Teile 114 und 115 vorgesehen sein, um der Elektrode weiteren mechanisehen Halt zu geben. Die Oberfläche 118 auf dem Abstandselement 112 stellt die Oberfläche dar, welche für die Ablagerung des dünnen Elektrolytfilmes vorgesehen ist.

Eine weitere Ausführungsform der Leitfähigkeitsmeßzelle ist in Fig. 11 dargestellt, bei der auf einer elektrisch isolierenden Platte 122 zwei Elektroden 124 und 125 in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Die Oberfläche 128 der Platte 122 stellt die für die elektrolytische Ablagerung vorgesehene Oberfläche dar, wobei ebenfalls in dem sich zwischen den Elektroden ausbildenden Kanal die Dicke der Ablagerung sowie die Ablagerungsgeschwindigkeit entsprechend der vorausstehenden Erläuterung ermitteln läßt. Aufgrund dieser Darstellung zeigt sich, daß die Ausbildung der Leitfähigkeitsmeßzelle sehr unterschiedlieh gestaltet sein kann, um sie den jeweiligen Anwendungszwecken anzupassen. Die Anwendung kann sich sowohl auf gasförmige als auch auf flüssige Medien erstrecken, wobei die Ausmessung von dicken sowie dünnen elektrolytischen Ablagerungen möglich ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

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l.\' Leitfähigkeitsmeßzelle, welche in einer Umgebung Verwendung findet, in welcher sich ein dünner Elektrolytfilm auf der Zelle niederschlagen kann, dadurch gekennzeichnet ,· daß zwei in einem Abstand nebeneinander angeordnete Elektroden (28, 29; 110, 111; 124, 125) mit einem unterschiedliehen elektrischen Potential beaufschlagt sind,

daß zwischen den Elektroden ein isolierender Abstandssteg (16; 112; 128) angeordnet ist, welcher an den Elektroden anliegt, daß der Abstandssteg eine zwischen den Elektroden verlaufende Oberfläche (42; 118; 128) für die Ablagerung des dünnen IUektrolytfilms hat, und daß die Menge der Ablagerung mit Hilfe einer Messung des über den Elektrolytfilm auf der Oberfläche (42; 118; 128) fließenden Stromes feststellbar ist.
2.) Leitfähigkeitsmeßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Elektroden (28, 29; 110, 111; 124, 125) in einem relativ geringen Abstand über der Oberfläche (42; 118; 128) erstrecken, so daß für die Ablagerung des Elektrolyfilmes ein Kanal (54) entsteht.

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3.) Leitfähigkeitsmeßzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in einer Halterung (12) angeordnet sind, welche zwei in Längsrichtung sich erstreckende und durch den Abstandssteg (16) getrennte Schlitze (14, 15) umfaßt, daß als Elektroden Metallfolien Verwendung finden, welche auf Auflageelementen (38, 39) gehaltert sind, daß die Auflageelemente (38, 39) in den Schlitzen (14, 15) derart positioniert sind, daß die beiden Elektroden jeweils mit einer geringen, an die Oberflüche (42) des Abstandssteges (16) angrenzenden Fläche über den Abstandssteg vorstehen.
4.) Leitfähigkeitsmeßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden um eine Kante der Auflageelemente (38, 39) gefaltet sind, und über die Oberfläche (42) des Abstandstegs mit einem Abstand überstehen, der der Dicke der für die Elektroden benutzten Folie entspricht.
5.) Leitfähigkeitsmeßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die. Elektroden seitlich über die Auflngeclemente vorstehende Lappen (32, 33) aufweisen, welche dem Anschluß der Meßleitungen dienen.
6.) Leitfähigkeitsmeßzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle in einem Gehäuse (56; 82; 91) untergebracht ist, welches mit zumindest einer die Leitfähigkeitsmeßzelle aufnehmenden Ausnehmung (58; 81; 94). versehen ist.
7.) Leitfähigkeitsmeßzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zwei Ausnehmungen hat, in welche jeweils eine Leitfähigkeitsmeßzelle eingesetzt ist.
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