DE3147484A1

DE3147484A1 - Druck- und flammendurchschlagsicherer sensorenkopf

Info

Publication number: DE3147484A1
Application number: DE19813147484
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 6238 Hofheim Tauber
Original assignee: Schott Gerate GmbH
Current assignee: Schott Gerate GmbH
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1981-12-01
Publication date: 1983-06-09
Also published as: EP0081150A2; EP0081150A3

Description

BeSchreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen druck- und flammendurchschlagsicheren Kopf für solche Sensoren, wie beispielsweise Meßelektroden, Widerstandsthermometer, Elektrolytschlüssel und andere Sensoren.

Für die Kontrolle und Steuerung von chemischen und technischen Prozessen benötigt man geeignete Sensoren zur Aufnähmevon Meßwerten für Temperatur, Ionenaktivitäten, insbesondere pH-Wert, Redoxpotential, Leitfähigkeit, Polarisationsstrom u.a.. Gebräuchliche Sensoren sind z.B. NTC- oder Pt 100-Widerstandsthermometer, ionensensitive Elektroden, pH-Glaselektroden, Redoxelektroden, Leitfähigkeitsmeßzellen, Doppel-Platinelektroden usw., wobei die eigentlichen Sensoren in einem Schaft aus Glas, Kunststoff oder Metallen eingeschmolzen, gekittet oder anders dichtend befestigt sind. Der Sensor wird mit dem Meßmedium in Kontakt gebracht, indem er mit dem Schaft durch eine Öffnung in die Behälterwand (Rohrleitung, Reaktionskessel) geführt und dort (kritische Stelle) dichtend befestigt wird.

Häufig (s. Figur 1) sind die Sensoren 1¹, 1", Λ'" in einer Sensorenhalterung 2 befestigt, die in das Ende < eines Eintauchrohres 3 geschraubt ist, das durch die Behälterwand reicht, an welcher es festgeflanscht (4) oder auf andere Weise dichtend befestigt ist. Eine derartige Sensorenhalterung kann auch z.B. in einen Durchlaufmeßgeber geschraubt sein. Zur Befestigung des Sensors in der Behälteröffnung, bzw. der Sensorenhalterung ist i.a. ein Schraubgewinde oder eine Flanschkappe im Sensorenkopf integriert.

Dieser Sensorenkopf erfüllt neben der Befestigungsmöglichkeit weitere wichtige Funktionens

1) Er bildet den Übergang von Sensorenschaft zum Kabel oder zu einer geeigneten Steckverbindung (Steckkopf), um das elektrische Signal weiterzuleiten.

2) Er muß fest mit Kabel und Schaft verbunden sein und gas- und flüssigkeitsdicht die elektrischen Zuführungen schützen.

3) Er muß korrosions- und hitzebeständig bis ca. 135°C sein.

4) Die Gesamtkonstruktion vom Sensor bis zum Kabel, also auch die elektrische Durchführung durch den Sensorenkopf muß meist hochisolierend ( ^10 Q ) die Meßleitung zum Meßverstärker (Meßgerät) führen (z.B. bei pH-, Redox- und ionensensitiven Elektroden)=

Diese hohen Anforderungen; die an den Sensorenkopf gestellt werden, werden von einigen handelsüblichen Instrumenten seit mehreren Jahren mehr oder weniger zufriedenstellend erfüllt. Es existiert jedoch noch kein Sensorenkopf, der zusätzlich die Eigenschaft der Druck- und Flammendurchschlagsicherheit aufweist. Für solche Einsatzbedingungen verwendet man ζ.Zt. mehrere hintereinandergeschaltete, aber jeweils nicht sichere Durchführungen , z.B. herkömmlicher Sensor mit Schraub- oder Flanschkappe im Meßgeber befestigt, danach Kabeldurchführungen und evtl. zusätzlich eine metallische Schutzhaube. Weder die einzelnen Durchführungen noch die Gesamtheit der hintereinandergeschalteten Durchführungen entsprechen den Sicherheitsvorschriften.

Besonders kritisch ist die elektrolytische Durchführung, die bei potentiometrischen Messungen mit vom Meßmedium räumlich getrennten Bezugselektroden erforderlich ist (Elektrolytschlüssel). Wird der im Behälter befindliche Teil des Elektrolytschlüssels (meist aus Glas oder Kunststoff) mit dem Diaphragma zerstört, so wird der Druck des Behälters durch eine meist mehrere Millimeter weite Öffnung nach außen übertragen auf einen Schlauch. Wird dieser beschädigt, entströmt das Meßgut mit hohem Druck und großer Geschwindigkeit. Ist das Meßgut ex plosiv und wird es außerhalb des Behälters entzündet, schlagen die Flammen durch die große Öffnung des Elektrolytschlüssels in den Behälter und können dort zur Explosion führen. Es existiert z.Zt. noch keine elektrolytische Durchführung, die den Anforderungen der Flammendurchschlagsicherheit entspricht»

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein druck- und flammendurchschlagsicherer Sensorenkopf zur Befestigung von Sensoren für die Messung elektrischer, elektrochemischer und anderer physikalischer Größen in Druckbehältern und explosionsgefährdeten Bereichen. Dieses Ziel wird mit einem Sensorenkopf gemäß den Patentansprüchen erreicht.

Je nachdem, um was für einen Sensor es sich handelt, weisen die erfindungsgemäßen Sensorenköpfe unterschiedliche Merkmale auf.

A. Sensorenkopf mit elektronenleitenden, metallischen Durchführungen (Fig. 2)

Für Widerstandsthermometer, ionensensitive Elektroden, pH-Elektroden, Redoxelektroden, pH- oder Redox-Einstabmeßketten, Leitfähigkeitsmeßketten, Doppel-Platinelek-

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troden usw. werden meist zxi?ei, voneinander und vom Gehäuse (10) isolierte,elektrische Leiter (15), (15¹) verwendet. Bei Bezugselektroden genügt ein vom Gehäuse isolierter. Leiter,

Der in das Gehäuse (10) mit einer Länge d' von > 40 mm eingepreßte Isolationskörper (16) besteht vorzugsweise aus PTFE. Die Einbettung der Leiter C15 ) und (15') in diesen Körper (16) muß, damit.die an das erfindungsgemäße Zwischenstück die an es gestellten Forderungen erfüllen kann, über eine Länge von mindestens 40 mm gewährleistet sein.

B. Zwischenstück mit Kapillardurchführung, z.B. für Elektrolytschlüssel (Fig. 3)

Hier muß der Sensorenkopf eine elektrolytische Durchführung (15") aufweisen, durch welche der Elektrolyt von einem außerhalb des Meßrauxnes befindlichen Vorratsgefäß in den Elektrolytschlüsselraum nachgeführt werden kann, sowie einen Entlüftungskanal (17) für den Zeitpunkt des Füllens des Elektrolytschlüsselraumes. Sowohl für die Elektrolytdurchführung als auch für den Entlüftungskanal werden vorzugsweise Edelstahlkapillaren verwendet, wobei die Länge der Kapillaren für die Elektrolytdurchführung mindestens 23 mm bei einem Innendurchmesser von { 0,6 im betragen soll. Der Entlüftungskanal ist vorzugsweise an einer Stelle im Bereich der Schlauchanschlußstelle nach außen geführt, so daß die Entlüftungsbohrung (18) nach dem Füllen des Elektrolytschlüsselraumes von dem Anschlußschlauch verdeckt und abgedichtet werden kann.

Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Zwischenstücke weisen die folgenden gemeinsamen Merkmale aufs

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a) sie besitzen eine Schraub- oder Flanschverbindung, wie sie bereits bei herkömmlichen Sensorenköpfen, bzw. Behälteranschlüssen üblich sind;

b) sie sind am sensorenseitigen Ende so konstruiert, daß sie den jeweiligen Sensor auf die gleiche Weise aufnehmen, wie dies von herkömmlichen Sensorenköpfen bekannt ist; im allgemeinen ist der Sensor in dieses Ende des Gehäuses eingekittet;

c) sie sind am anschlußseitigen Ende des Gehäuses so konstruiert, daß sie die Sensoren mit den erforderlichen Anschlüssen verbinden (Steckbuchsen, Schläuche, Kabel u.a.);

d) sie bestehen ausschließlich aus korrosions- und hitzebeständigen Werkstoffen, wie z.B. Edelstahl, Monel, Kunststoffen (PTFE).

Mit diesen erfindungsgemäßen Sensorenköpfen wird die angestrebte Druck- und Flammendurchschlagsicherheit dadurch erreicht, daß die diese Sicherheiten bringenden Eigenschaften, bzw. Merkmale an den Ort verlegt sind, der in jedem Falle kritisch ist, nämlich in die Öffnung im Behälter oder Meßgeber, in welcher der Sensor befestigt ist.

Es ist klar ersichtlich, daß über die vorstehend erläuterten Sensoren hinaus jeder beliebige andere Sensor mit einem erfindungsgemäßen Zwischenstück ausgerüstet werden kann.

Claims

Druck- und flammendurchschlagsicherer Sensorenkopf

Patentansprüche:

Druck- und flammendurchschlagsicheres Zwischenstück zur Befestigung von Sensoren für die Messung physikalischer Größen in Druckbehältern und in explosionsgefährdeten Bereichen, dadurch gekennzeichnet, daß er

aus einem länglichen Gehäuse (10) besteht, welches

- mit seinem einen Ende (11 den Sensor (1) fest und dichtend aufnimmt wie ein herkömmlicher Sensorenkopf,

- an seinem anderen Ende (12) so konstruiert ist, daß er koaxial mit herkömmlichen Sensorenköpfen und/oder Kabeln und/oder Steckkontakten oder mit Rohr- oder Schlauchverbindungen o.ä* verbunden werden kann,

- eine Schraub- oder Flanschverbindung (14) aufweist, mittels derer das Zwischenstück wie ein herkömmlicher Sensorenkopf in der Behälterwand, Rohrleitung, Sensorenhalterung o.a. befestigt werden kann,

daß durch dieses Gehäuse der Leiter (15) dichtend hindurchgeführt ist, und

daß alle Teile dieses Sensorenkopfes aus korrosions- und hitzebeständigen Werkstoffen bestehen.
2. Zwischenstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1¹) ein eine elektrische Größe abgebender Sensor oder eine Bezugselektrode isty und

der oder die Leiter aus elektrisch leitenden Metallstiften (15¹) bestehen, die au;f einer Länge d von mindestens 40 mm in einem, in das Gehäuse (10) fest eingepreßten, hoch isolierenden Körper (16) fest und dichtend eingebettet sind.
3. Zwischenstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter aus einer druckfesten Kapillare (15") besteht, die mit der Innenwand des Gehäuses (10) dicht verbunden ist.
4. Zwischenstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1") ein Elektrolytschlüssel ist und eine zweite Kapillare (17) als Entlüftung für den Elektrolytschlüsselraum mit der Innenwand des Gehäuses (10) dicht verbunden ist, die während des Betriebs des Elektrolytschlüssels verschlossen werden kann.
5. Zwischenstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Isolationskörper (16) aus einem polymerisierten Fluorkohlenwasserstoff wie Polytetrafluorethylen besteht.
6. Zwischenstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kapillare (17) am sensorenseitigen Ende des Gehäuses gegenüber der Kapillare (15") verkürzt ist, und

im Inneren des Gehäuses (10) an einer Stelle endet, von welcher sie zu einer Entlüftungsbohrung (18) in der Gehäusewand geführt ist»
7. Zwischenstück nach den Ansprüchen 3, 4 oder 6, da-

durch gekennzeichnet, daß diese Kapillaren aus Edelstahl oder einem anderen hitze- und korrosionsbeständigen Metall bestehen.
8. Zwischenstück nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das anschlußseitige Ende des Gehäuses (10) in Gestalt einer Schlaucholive ausgebildet ist und diese Entlüftungsbohrung (18) an einer Stelle im Bereich dieser Olive liegt«