DE4240608C2 - Sonde zur Überwachung von Flüssigkeit - Google Patents

Sonde zur Überwachung von Flüssigkeit

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Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde der im Oberbegriff des Hauptanspruchs spezifizierten Art.
Bei einer bekannte Sonde (DE 27 44 864 B) weist das Sondengehäuse eine Durchfüh­ rungsbohrung mit einer sich zu dem der zu überwachenden Flüssigkeit fernen Ende hin verjüngenden Dichtfläche auf. Eine Sensorelektrode erstreckt sich von der zu über­ wachenden Flüssigkeit durch die Durchführungsbohrung hindurch in das Sondengehäuse hinein. Die Sensorelektrode ist von einer Isolationshülle umgeben. Eine sich mit ihrem flüssigkeitsnahen Ende am Sondengehäuse abstützende Anpressfeder wirkt mit ihrem anderen Ende auf ein mit der Sensorelektrode verbundenes Widerlager ein, sodass die Sensorelektrode unter Zugbelastung steht und so in ihrer Einbaulage gehalten wird. Im Behälter herrschender Überdruck belastet die Sensorelektrode zusätzlich in Richtung der Einbaulage. Die Isolationshülle endet im Sondengehäuse kurz oberhalb der Durchfüh­ rungsbohrung. Ein sich auf der Isolationshülle niederschlagender Feuchtigkeitsfilm verursacht einen funktionsstörenden Kriechstrom zwischen der Sensorelektrode und dem als Gegenpol wirkenden Sensorgehäuse. Dieser Kriechstrom kann zu falschen Signalen der Sonde führen.
Bei einer anderen bekannte Sonde (DE 30 50 189 A1) verjüngt sich die Dichtfläche der Durchführungsbohrung zu dem der zu überwachenden Flüssigkeit nahen Ende hin. Die Sensorelektrode erstreckt sich auch dort von der zu überwachenden Flüssigkeit durch die Durchführungsbohrung hindurch in das Sondengehäuse hinein und ist von einer Isolationshülle umgeben. Die Anpressfeder stützt sich allerdings mit ihrem flüssigkeits­ fernen Ende am Sondengehäuse ab, während sie mit ihrem flüssigkeitsnahen Ende auf eine Anpresshülse einwirkt. Die Anpresshülse wirkt über die Isolationshülle lediglich von außen auf die Sensorelektrode ein. Mit der Sensorelektrode ist kein Widerlager für die Anpressfeder verbunden. Das Problem von Feuchtigkeitsfilmen im Bereich eines solchen verbundenen Widerlagers und daraus resultierenden funktionsstörenden Kriechströmen besteht bei dieser bekannten Ausführung überhaupt nicht. Als wesentlicher Nachteil erweist es sich aber, dass die Sensorelektrode statt unter einer Zugkraft unter einer Druckkraft steht, die sie gegen den Druck im Behälter in ihrer Einbaulage halten soll. Die Dichtwirkung zwischen der Isolationshülle und der Dichtfläche des Sondengehäuses wird daher mit zunehmendem Druck im Behälter immer geringer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonde der genannten Art mit sich bei zunehmendem Behälterdruck verbessernder Dichtwirkung zu schaffen, bei der durch Feuchtigkeitsfilme bedingte Funktionsstörungen vermieden sind.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.
Im Innenraum des Sondengehäuses können nunmehr sehr lange ununterbrochene Isolationsstrecken realisiert werden, zum einen zwischen der in der Regel metallischen, also folglich elektrisch leitenden Anpressfeder und dem Ende der Isolationshülle und zum anderen zwischen dem Sondengehäuse selbst und dem Ende der Isolationshülle. Feuch­ tigkeitsfilme könnten aufgrund der langen Isolationsstrecken weder zur Anpressfeder noch direkt zum Sondengehäuse hin funktionsstörende Kriechströme verursachen, die ein Falschsignal der Sonde ergäben. Dem Risiko von Funktionsstörungen wird aber ergän­ zend noch dadurch vorgebeugt, dass in die Isolationshülle eingedrungene Feuchtigkeit - sie kann z. B. durch Diffusion aus dem Behälter dorthin gelangen - über den Lüftungs­ spalt und die Lüftungsöffnungen aus dem Bereich der Isolationshülle entweichen kann, sodass sich auf den Isolationsstrecken störende Feuchtigkeitsfilme gar nicht erst aus­ bilden.
Die Unteransprüche haben besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
Die Merkmale des Anspruchs 2 führen zu einer intensiven Durchlüftung des Innenraums des Sondengehäuses und dabei auch zu einer entsprechenden Belüftung des Endbe­ reichs der Isolationshülle. Eventuell aus der Isolationshülle austretende Feuchtigkeit wird von der Luft aufgenommen und in die das Sondengehäuse umgebende Atmosphäre transportiert. Der Ausbildung von Feuchtigkeitsfilmen im Sondengehäuse ist auf diese Weise zusätzlich entgegengewirkt.
Der Anspruch 3 sieht neben dem zur Umgebung hin offenen Innenraum des Sondenge­ häuses eine geschlossene Anschlusskammer vor. In dem offenen Innenraum sind die elektrischen Leiter für die Signalströme - d. h. die Sensorelektrode und ihr angeschlos­ sener Leiter - gegen die benachbarten Teile und die Atmosphäre störungssicher elektrisch isoliert. Der elektrische Leiter und auch die zu den Überwachungs-/Auswerte­ einrichtungen führende Signalleitung sind isoliert und abgedichtet in die Anschluss­ kammer hineingeführt. In der geschlossenen Anschlusskammer kann der elektrische Anschluss der Sonde an die Signalleitung erfolgen und nötigenfalls eine Elektronikeinheit (z. B. ein Vorverstärker) angeordnet werden, ohne dass dabei besondere Isolierungen gegen Feuchtigkeitsfilme nötig sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sonde dargestellt.
Ein Sondengehäuse weist einen Durchführungsteil 1, einen Anschlussteil 2 und einen dazwischen angeordneten Mittelteil 3 auf. Mit dem Sondengehäuse-Durchführungsteil 1 ist die Sonde an einem Behälter 4, z. B. einem Dampfkessel, angebracht. In ihm soll der Flüssigkeitsstand 5 einer Flüssigkeit 6, z. B. Wasser, durch eine in den Behälter 4 hinein­ ragende, dort allseitig von einer Isolationshülle 7 ummantelte Sensorelektrode 8 der Sonde überwacht werden.
Der Sondengehäuse-Durchführungsteil 1 weist eine zentrale Durchführungsbohrung 9 mit einer umlaufenden, sich zu dem der Flüssigkeit 6 fernen Ende hin konisch verjüngenden Dichtfläche 10 auf. Die Sensorelektrode 8 durchsetzt die Durchführungsbohrung 9 und weist gleichfalls eine umlaufende, sich zum flüssigkeitsfernen Ende hin konisch verjün­ gende Gegenfläche 11 auf. Beide Flächen 10, 11 liegen einander gegenüber und die Isolationshülle 7 befindet sich dazwischen. Dabei erstreckt sie sich vom flüssigkeits­ seitigen Bereich der Sensorelektrode 8 durch die Durchführungsbohrung 9 hindurch bis in den Sondengehäuse-Durchführungsteil 1 hinein. Letzterer ist angrenzend an die Durch­ führungsbohrung 9 mit einem ersten Widerlager 12 versehen, auf dem sich eine Anpress­ feder 13 mit ihrem flüssigkeitsnahen Ende abstützt.
Die rohrförmig ausgebildete Sensorelektrode 8 und die sie umgebende Isolationshülle 7 erstrecken sich von dem Sondengehäuse-Durchführungsteil 1 in den Sondengehäuse- Mittelteil 3. Dabei ragen sie durch die Anpressfeder 13 hindurch und axial weit über deren flüssigkeitsfernes Ende hinaus. Die Sensorelektrode 8 trägt an ihrem flüssigkeitsfernen Ende einen stabförmigen elektrischen Leiter 14. Er ist zugfest und biegesteif und ersteckt sich im Sondengehäuse-Mittelteil 3 zum Sondengehäuse-Anschlussteil 2 hin. Das dortige Ende des Leiters 14 wird radial von einem Lager 15 gestützt. Durch das Lager 15 führt ein mit dem Leiter 14 verbindender weiterer Leiter 16 in eine im Sondengehäuse-Anschluss­ teil 2 vorgesehene Anschlusskammer 17. Darin wird der Leiter 16 an eine Signalleitung 18 angeschlossen, die zu geeigneten Überwachungs-, Steuerungs- oder Auswerteeinrich­ tungen (nicht dargestellt) führt. Die Anschlusskammer 17 ist allseits geschlossen. Zu diesem Zweck sind der Leiter 16 und die Signalleitung 18 abgedichtet durch die Wand der Anschlusskammer 17 geführt.
Im Sondengehäuse-Mittelteil 3 befindet sich eine elektrisch isolierende Widerlagerkappe 19, die eine Stirnwand 20 und eine damit verbundene Distanzhülse 21 aufweist. Die Stirnwand 20 ist mit Abstand vor dem flüssigkeitsfernen Ende der Isolationshülle 7 und dementsprechend mit axialem Abstand zum flüssigkeitsfernen Ende der Anspressfeder 13 auf dem Leiter 14 axial fixiert angeordnet. Die Stirnwand 20 ist über den Leiter 14 mit der Sensorelektrode 8 verbunden. Sie fungiert als zweites Widerlager für die Anpressfeder 13. Die Distanzhülse 21 umgibt die Isolationshülle 7 und erstreckt sich zur Anpressfeder 13, deren flüssigkeitsfernes Ende stirnseitig auf die Distanzhülse 21 einwirkt. Die Kraft der Anpressfeder 13 wird über die Widerlagerkappe 19 und den Leiter 14 auf die Sensorelek­ trode 8 übertragen. Dadurch werden die Gegenfläche 11 der Sensorelektrode 8, die Isolationshülle 7 und die Dichtfläche 10 des Sondengehäuse-Durchführungsteils 1 zuver­ lässig dichtend gegeneinander gepresst.
Nahe dem flüssigkeitsfernen Ende der Isolationshülle 7 weist die Distanzhülse 21 radiale Lüftungsöffnungen 22 auf. Zwischen der Isolationshülle 7 und der Distanzhülse 21 existiert zudem ein radialer Lüftungsspalt 23, der sich von der Stirnwand 2 bis zu den Lüftungsöffnungen 22 erstreckt.
Der Sondengehäuse-Mittelteil 3 weist seitlich mehrere großflächige Ventilationsöffnungen 24 auf, die sich beiderseits des flüssigkeitsfernen Endes der Isolationshülle 7 erstrecken. Der Leiter 14 ist von der Widerlagerkappe 19 bis zum Lager 15 hin von einer Isolierung 25 umschlossen, z. B. einem Schrumpfschlauch. Das Lager 15 besteht gleichfalls aus Isola­ tionswerkstoff.
Wenn aus dem Behälter 4 Wassermoleküle durch die z. B. aus PTFE (Polytetrafluor­ äthylen) bestehende Isolationshülle 7 zur Sensorelektrode 8 hindurchdiffundieren, dann gelangen sie von dort durch die hohl ausgebildete Sensorelektrode 8 und eine Längsnut 26 des elektrischen Leiters 14 bis zum flüssigkeitsfernen Ende der Isolationshülle 7 und in die Widerlagerkappe 19. Durch den Lüftungsspalt 23 und die Lüftungsöffnungen 22 kann die Feuchtigkeit in das Sondengehäuse-Mittelteil 3 entweichen. Zwischen dessen Innen­ raum 27 und der umgebenden Atmosphäre ergibt sich infolge der Ventilationsöffnungen 24 ein intensiver Luftaustausch und über die entsprechend groß bemessenen Lüftungsöff­ nungen 22 auch eine sehr intensive Luftbeaufschlagung der Isolationshülle 7. Feuchtigkeit verbleibt somit nicht im Innenraum 27, sondern gelangt in die das Sondengehäuse 1, 2, 3 umgebende Atmosphäre.
Im übrigen bieten die Isolationshülle 7 und die Widerlagerkappe 19 zwischen dem flüssig­ keitsfernen Ende der Isolationshülle 7 - und damit der Sensorelektrode 8 - und der Anpressfeder 13 eine sehr lange Isolationsstrecke. Sollte sich doch einmal ein Feuchtig­ keitsfilm auf der Isolationshülle 7 oder der Widerlagerkappe 19 bilden, dann werden durch die lange Isolationsstrecke funktionsstörende Kriechströme zwischen der Sensorelektrode 8 und dem Sondengehäuse-Durchführungsteil 1 zuverlässig unterbunden und somit auch Falschsignale der Sonde. Durch die Isolierung 25 und das gleichfalls isolierende Lager 15 ist der Leiter 14 gegenüber dem Mittelteil 3 und dem Sondengehäuse-Anschlussteil 2 isoliert. Damit ist auch dort funktionsstörenden Kriechströmen vorgebeugt. Da die Anschlusskammer 17 allseits geschlossen ist, dringt keine Feuchtigkeit in sie ein, sodass sich dort diesbezügliche Isoliermaßnahmen erübrigen.
Bezugszeichenliste
1
Sondengehäuse-Durchführungsteil
2
Sondengehäuse-Anschlussteil
3
Sondengehäuse-Mittelteil
4
Behälter
5
Flüssigkeitsstand
6
Flüssigkeit
7
Isolationshülle
8
Sensorelektrode
9
Durchführungsbohrung
10
Dichtfläche
11
Gegenfläche
12
Widerlager
13
Anpressfeder
14
Leiter
15
Lager
16
Leiter
17
Anschlusskammer
18
Signalleitung
19
Widerlagerkappe
20
Stirnwand
21
Distanzhülse
22
Lüftungsöffnungen
23
Lüftungsspalt
24
Ventilationsöffnungen
25
Isolierung
26
Längsnut
27
Innenraum

Claims (3)

1. Sonde zur Überwachung von Flüssigkeit mit
  • - einem Sondengehäuse, das eine Durchführungsbohrung mit einer sich zu dem der zu überwachenden Flüssigkeit fernen Ende hin verjüngenden Dichtfläche aufweist,
  • - einer die Durchführungsbohrung durchsetzenden Sensorelektrode, die mit einer sich zum flüssigkeitsfernen Ende hin verjüngenden Gegenfläche versehen ist,
  • - einer die Sensorelektrode ummantelnden Isolationshülle, die sich vom flüssigkeits­ seitigen Bereich der Sensorelektrode durch die Durchführungsbohrung hindurch bis in das Sondengehäuse hinein erstreckt,
  • - einem im Sondengehäuse angeordneten, gehäuseseitigen ersten Widerlager,
  • - einer Anpressfeder, die mit ihrem flüssigkeitsnahen Ende an dem ersten Widerlager angreift,
  • - einem im Sondengehäuse mit der Sensorelektrode verbundenen zweiten Widerlager, das mit axialem Abstand zum flüssigkeitsfernen Ende der Anpressfeder angeordnet ist, und
  • - einem elektrisch isolierenden Distanzstück, das außerhalb der Isolationshülle zwischen dem zweiten Widerlager und dem flüssigkeitsfernen Ende der Anpressfeder angeordnet ist.
dadurch gekennzeichnet, dass
  • - die Isolationshülle (7) sich von der Durchführungsbohrung (9) aus über das flüssig­ keitsferne Ende der Anpressfeder (13) hinaus zum zweiten Widerlager (20) erstreckt,
  • - das Distanzstück (21) in seinem dem flüssigkeitsfernen Ende der Isolationshülle (7) nahen Bereich Lüftungsöffnungen (22) zum Innenraum (27) des Sondengehäuses (3) aufweist und
  • - zwischen der Isolationshülle (7), dem zweitem Widerlager (20) und dem Distanzstück (21) ein das Ende der Isolationshülle (7) mit den Lüftungsöffnungen (22) verbindender Lüftungsspalt (23) vorgesehen ist.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - das Sondengehäuse (3) im Endbereich der Isolationshülle (7) Ventilationsöffnungen (24) aufweist, die den Innenraum (27) des Sondengehäuses (3) mit der Gehäuseum­ gebung verbinden.
3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Sondengehäuse (2) an seinem flüssigkeitsfernen Ende eine geschlossene Anschlusskammer (17) aufweist,
ein zugfester elektrischer Leiter (14) sich von der Sensorelektrode (8) zur Anschluss­ kammer (17) hin erstreckt,
das zweite Widerlager (20) an dem elektrische Leiter (14) gehalten ist und
der elektrische Leiter (14) zwischen dem zweiten Widerlager (20) und der Anschluss­ kammer (17) mit einer Isolierung (25) versehen ist.
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