DE4308996A1 - Meßgerät für eine Fett- oder Ölschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Art.

Fettabscheide-Anlagen müssen den allgemeinen Vorschriften entspre­ chend dann entsorgt werden, wenn die Fettschicht im Abscheideteil des Fettabscheiders eine bestimmte Dicke, z. B. eine Dicke von 160 mm erreicht hat. Die Fettschicht schwimmt oben im Abwasser und baut sich in einem Verhältnis von ungefähr 1 : 9 mit allmählich zunehmender Schichtdicke auf, d. h. ein Zehntel der Schichtdicke tritt nach oben über die Wasseroberfläche vor, während neun Zehntel der Schichtdicke unterhalb der Wasseroberfläche liegen. Es ist bekannt, die Schichtdicke in eingebauten Schaugläsern zu über­ wachen und die Entsorgung in Abhängigkeit von der festgestellten Schichtdicke einzuleiten. Die Schichtdicke läßt sich auch optoelek­ tronisch überwachen, jedoch ist wegen des Verschmierens der Schaugläser diese Überwachung störungsanfällig. Moderne Fettab­ scheider werden selbsttätig entsorgt, d. h. es wird der Entsor­ gungsvorgang über eine automatische Überwachung eingeleitet und durchgeführt, bis die Fettschicht entsorgt ist. Für die selbsttätige Entsorgung, aber auch bei herkömmlicher manuell eingesteuerter Entsorgung, ist die genaue Messung der Schichtdicke und/oder des Niveaus der Fettschicht wichtig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, das funktionssicher und stö­ rungsunanfällig die Fett- oder Ölschichtdicke oder das Niveau der Ölschicht mißt, und insbesondere in Verbindung mit einer selbsttäti­ gen Entsorgung bei Fettabscheidern einsetzbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausbildung wird der elektrophysikalische Effekt der un­ terschiedlichen Bedämpfung einer hochfrequent schwingenden Sig­ nalamplitude an der Fühlerspitze benutzt, um festzustellen, ob sich die Fühlerspitze und wie weit sie sich in der Fett- oder Ölschicht oder noch im Abwasser befindet. Die dabei gemessene Dicke der Fett- oder Ölschicht oder deren Niveau wird durch die Eintauchtiefe der Fühlerspitze von vorneherein bestimmt und festgelegt. Die zunächst ins Wasser tauchende Fühlerspitze wird durch die Leitfä­ higkeit des Wassers bedämpft. Die aufgebrachte Signalamplitude, die z. B. zwischen -1,2 Volt und +1,2 Volt liegt und mit einer Frequenz von ca. 6 KHZ schwingt, wird dadurch kleiner. Die Spannung kann ganz abfallen. Dies stellt z. B. der Detektor als Signal fest. Da beim Abscheiden der Schicht die Fühlerspitze allmählich in die sich auch nach unten aufbauende Schicht eingebettet wird, läßt die Bedämp­ fung der Fühlerspitze allmählich nach, so daß die Fühlerspitze zu schwingen beginnt. Über den Detektor wird ein Signal erzeugt, das für Steueraufgaben genutzt wird, z. B. zum Anzeigen des Entsor­ gungsbedarfs oder des Niveaus oder der Fettschichtdicke oder zum Einsteuern der Eigenentsorgung des Fettabscheiders. Sobald beim Entsorgen die Fühlerspitze wieder mit dem leitenden Wasser in Kon­ takt kommt, wobei sie sich wegen der Schwingungen rasch vom Fett befreit, wird erneut eine Bedämpfung der Fühlerspitze erreicht. Diese kann zum Erzeugen eines die Entsorgung beendenden Signals verwendet werden. Dadurch lassen sich Fett- oder Ölschichten be­ liebiger Dicke und Viskosität erfassen und auswerten. Das Meßgerät arbeitet sehr zuverlässig, ist wartungsarm und den groben Arbeits­ bedingungen hervorragend gewachsen, da im wesentlichen nur das die Fühlerspitze tragende Ende des Sondenstabs in die Fettschicht bzw. das Wasser eintaucht. Der Sondenstab ist robust und ist auch etwaigen Kräften der Fettschicht problemlos gewachsen. Das hoch­ frequente Schwingen der Fühlerspitze löst anhaftendes Fett ab. Zum Schließen des Stromkreises kann die dann leitende Wand des Behäl­ ters benutzt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist der Sondenstab bzw. eine Fühlerspitze aus Chromstahl, z. B. der Qualität 1.5471, besonders geeignet. Der kleine Spitzenwinkel von höchstens 15° er­ möglicht das Schwingen der Fühlerspitze und läßt das Fett leicht wieder abgleiten. Die Außenisolierung verhindert einen direkten Kontakt des Abwassers oder der Fettschicht mit dem Sondenstab oberhalb der Fühlerspitze. Im Anschlußgehäuse wird der Sondenstab stabil festgelegt. Er läßt sich mit dem Anschlußgehäuse auf die je­ weilig notwendige Höhe einstellen und verstellen. Das Netzteil kann außerhalb des Einwirkbereiches des Abwassers oder der Fettschicht angeordnet sein.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 3 hervor. Zwei oder mehrere zueinander parallele Sondenstäbe sind von besonderem Vorteil, weil sie eine höhere Meßqualität und eine höhere Zuverlässigkeit erbringen und weil auch bei einem Kunst­ stoff-Behälter der Stromkreis über die Sondenstäbe geschlossen ist.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 4 ist günstig. Bei diesem Längenbereich der Sondenstäbe liegt das Anschlußgehäuse ausrei­ chend weit oberhalb des Wasserspiegels angeordnet und wird für dicke Fettschichten ein großer Meßbereich erzielt.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 5 kann eine digitale Dicken­ messung vorgenommen werden, indem die einzelnen Signale der unterschiedlich tief eintauchenden Fühlerspitze gegeneinanderge­ setzt, verglichen und entsprechend ausgewertet werden.

Bei besonders niedrigen Betriebstemperaturen oder Hartfetten ist die Ausführungsform gemäß Anspruch 6 zweckmäßig. Durch die Heizvor­ richtung wird ein Abschmelzen der Fettschicht von der Fühlerspitze erreicht, damit sichergestellt ist, daß das Meßgerät auch tatsächlich das Anwachsen der Fettschicht auf eine bestimmte Dicke bzw. die Entsorgung der Fettschicht ermitteln kann. Das Beheizen des Son­ denstabes oder auch nur der Fühlerspitze kann auch bei langen Standzeiten benutzt werden, um genauere Meßergebnisse zu erzie­ len, dann nämlich, wenn sich bereits Fettsäure gebildet haben sollte, die den Leitwert des Fetts unerwünscht erhöht und die Füh­ lerspitze womöglich ungewollt in den bedämpften Zustand bringt. Zweckmäßigerweise ist die Heizvorrichtung in die Außenisolierung des Sondenstabs eingegliedert oder mit dieser verbunden.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 7 wird ein Sondenstab nicht nur zur Schichtdicken- oder Schicht-Niveaumessung benutzt, sondern auch Schließen des Stromkreises und zum Anzeigen des ordnungsgemäßen Betriebs des Meßgeräts, wogegen der andere Son­ denstab die genaue Schichtdicke und/oder das Fettschichtniveau er­ mittelt und zur Steuerung oder zum Anzeigen einer fällig werdenden Entsorgung verwendet wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 8 ist das Netzteil einfach, kostengünstig und kompakt. Mittels des Oszillators wird eine Wech­ selspannung von ca. 6 KHZ erzeugt, die über die abgeschirmte Leitung auf die Fühlerspitze des oder der Sondenstäbe gelegt wird. Diese hochfrequente Wechselspannung wird im Netzteil über einen Transformator, mit Absicherung, Störfilter und Spannungskon­ trollanzeige sowie Festspannungsregler, Entstördrossel und derglei­ chen aus der 220 Volt/50 HZ Netzspannung erzeugt. Die Signalam­ plitude an der Fühlerspitze liegt z. B. zwischen -1,2 Volt und +1,2 Volt. Damit werden die Fühlerspitzen zum Schwingen angeregt.

Wegen der hohen Frequenz ist die Gefahr einer Polarisierung ver­ mieden, was zu einer langen Lebensdauer des Meßgerätes beiträgt.

Mittels des Trimmwiderstands des integrierten Schaltkreises läßt sich die Empfindlichkeit bzw. der Schwellwert an die Leitfähigkeit der Fettsubstanz anpassen. Der Bedämpfungsdetektor nimmt die Be­ dämpfung auf und steuert über den Verstärkertransistor den Sig­ nalteil und ggf. ein Steuerschaltrelais an, falls das Steuersignal eine ausreichend große Fettschichtdicke oder das zum Entsorgen kritische Fettschichtniveau repräsentiert.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 9 ist das Meßgerät gleichzeitig als Niveauschalter konzipiert, der mit den hochfrequen­ ten Signalamplituden und dem potentialfreien Niveaukontakt bei Er­ reichen eines bestimmten Niveaus des Wassers anspricht.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungs­ gegenstandes erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema eines Fettabscheiders,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform als Detailvariante,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Netzteil des Meßgeräts und

Fig. 4 ein Schaltbild des Netzteils des Meßgeräts.

Gemäß Fig. 1 ist in einer Fettabscheidesektion F eines Fettabschei­ ders nasser W enthalten. Der Wasserspiegel ist bei 1 angedeutet. Im Wasser W schwimmt eine Fettschicht S, deren Unterseite mit 3 und deren Oberseite mit 2 bezeichnet sind. Ein Meßgerät M dient zum Bestimmen und Festlegen der Dicke und/oder des Niveaus der Fett­ schicht S und ggf. zum Einleiten und Beenden einer Eigenentsor­ gung der Fettschicht S. Das Meßgerät M weist ein Netzteil N auf, das mit einem Anschlußgehäuse G elektrisch verbunden ist. Am An­ schlußgehäuse G ist wenigstens ein Sondenstab A in etwa vertikal so angeordnet, daß er mit seinem Stabschaft 5 nach unten bis ins Was­ ser W ragt. Am unteren, freien Ende des Sondenstabs A ist eine Fühlerspitze 6 vorgesehen, die z. B. kegelig oder nadelartig ver­ jüngt mit einem Spitzen-Winkel kleiner als 150 ausgebildet ist. Die Fühlerspitze 6 bzw. der Stabschaft 5 bestehen aus Metall, z. B. aus Chromstahl. Die Fühlerspitze 6 liegt frei. Der Stabschaft 5 ist durch eine Außenisolierung I abgedeckt. Bei nur einem Sondenstab wird der Stromkreis von der Fühlerspitze 6 über das Wasser W und die leitfähige Wand der Fettabscheidesektion F geschlossen.

Im Netzteil N ist ein Eingabe- und Anzeigeteil 7 vorgesehen. Der Netzteil N ist z. B. über eine Steuerleitung 8 mit einem Steuerteil 9 verbunden, der seinerseits über eine strichlierte Leitung 10 mit ei­ ner Entsorgungsvorrichtung 11 der Fettabscheidesektion F verbun­ den ist, um bei Erreichen einer bestimmten Fettschichtdicke oder ei­ nes bestimmten Fettschichtniveaus in der Fettabscheidesektion diese Sektion durch, z. B. Abpumpen, zu entsorgen.

Fig. 2 verdeutlicht schematisch den Anschluß des Anschlußgehäu­ ses G an eine Anschlußleiste 12 des Netzteils. Bei dieser Ausfüh­ rungsform sind zwei parallel nebeneinanderliegende, in etwa verti­ kale und beabstandete Sondenstäbe A mit jeweils einer freien Füh­ lerspitze 6 am Anschlußgehäuse G angeordnet. Ferner ist ein poten­ tialfreier Kontakt 13 eines Relais 28 erkennbar, der als Niveau­ schalter in das Meßgerät M integriert ist. Schließlich ist bei 14 der Netzanschluß des Netzteils N angedeutet.

In Fig. 3 ist erkennbar, daß das Netzteil N bzw. der Eingabeteil 7 des Netzteils N einen Ein- und Ausschalter 15, eine Alarmanzeige 16 und optische Anzeigen 17 und 18 aufweist. Die Anzeige 17 ist eine Betriebsanzeige (LED), die aufleuchtet, sobald das Meßgerät im Be­ trieb ist. Die Anzeige 18 ist eine optische Anzeige (LED), die z. B. aufleuchtet, sobald eine bestimmte Fettschichtdicke erreicht ist bzw. ein bestimmtes Fettschichtniveau vorliegt. Die Alarmanzeige 16 ist ein akustischer Signalgeber, der z. B. bei einer Fehlfunktion des Meßgerätes oder auch bei Erreichen eines unzulässig hohen Niveaus (der Fettschicht oder des Wassers) im Fettabscheider eingeschaltet wird.

Im Netzteil N gemäß Fig. 4 ist ein Einphasentransformator T vorge­ sehen, der die Netzspannung von 220 Volt und 50 HZ auf eine nied­ rige Gleichspannung transformiert. Im Gleichspannungskreis ist ein Spannungsregler R vorgesehen, sowie die LED-Anzeige 18 (siehe Fig. 3). In einem integrierten Schaltkreis 19 des Gleichstromkreises ist ein Signalerzeuger Z enthalten, und zwar ein Oszillator 20, mit dem eine Wechselspannung mit einer Frequenz von ca. 6 KHZ er­ zeugt und über eine abgeschirmte Leitung, z. B. 26, auf die Son­ denstäbe A bzw. die Fühlerspitze 6 gelegt wird. Im integrierten Schaltkreis 19 ist ferner ein Regulator 21 sowie ein Bedämpfungs- Detektor 22 enthalten, der über die Leitung 26 mit dem einen Son­ denstab A und parallel über das Schaltrelais 28 mit dem potential­ freien Kontakt 13 verbunden ist. Ausgangsseitig steuert der Detek­ tor 22 einen Verstärkertransistor 24, über den, mittels eines weite­ ren Transistors 25, die LED-Anzeige 17 aktivierbar ist. Die akusti­ sche Alarm-Anzeige 16 ist über einen Schalter 29 aktivierbar, der z. B. mittels des Schaltrelais 28 betätigbar ist. Mittels des vom De­ tektor ansteuerbaren Transistors 25 ist ein Kleinschaltrelais 30 schaltbar, mit dem ein Schalt- oder Steuersignal, z. B. an den Steu­ erteil 9 gemäß Fig. 1 übermittelbar ist. Beim integrierten Schalt­ kreis 19 ist ferner ein Trimmwiderstand 23 vorgesehen, mit dem die Empfindlichkeit des Meßgerätes M bzw. der Schwellwert an die Leit­ fähigkeit der Fett- oder Ölsubstanz in der Fettschicht S angepaßt werden kann.

Das Netzteil N ist ein stabilisiertes Netzteil mit Absicherungen, Störfiltern und einer Spannungskontrollanzeige. Ferner ist ein Fest­ spannungsregler enthalten und sind Entstördrosseln und Entstör­ kondensatoren vorgesehen.

Im integrierten Schaltkreis 19 ist der Oszillator 20 zum Erzeugen der hochfrequenten Spannung enthalten, wie auch der Bedämpfungsde­ tektor 22 zum Aufnehmen der Bedämpfung über die Sondenstäbe. Mittels des Trimmwiderstandes 23 wird der Schwellwert fein einge­ stellt, bei dem ein Signalwechsel stattfindet, der z. B. zum Um­ schalten des Schaltrelais 30 benutzt wird. Im Ausgangsteil des Netzteils dient der Schalter 29 auch dazu, das akustische Signal ab­ schalten zu können. Ferner ist ein Druckschalter zur Funktions­ prüfung vorgesehen. Das Kleinschaltrelais 30 ist zweckmäßigerweise mit potentialfreiem Wechsler ausgebildet. Das Kleinschaltrelais 28 kann vorgesehen sein, um mittels des potentialfreien Kontakts 13 das Meßgerät M auch zur Niveauschaltung zu verwenden, z. B. um bei zu hoch steigendem Wasserniveau eine Pumpe einzuschalten oder die Zufuhr von Wasser zu unterbrechen.

Funktion

Zunächst wird der Sondenstab A bzw. werden die Sondenstäbe A in der Führung 4 in der Fettabscheidesektion F auf die erforderliche Höhe eingestellt. Nach Einschalten des Netzteils N wird über den Oszillator 20 eine Wechselspannung mit einer Frequenz von ca. 6 KHZ erzeugt und auf die Sondenstäbe A oder den Sondenstab A ge­ legt. Jeder Sondenstab A ist isoliert und liegt lediglich mit seiner ins Wasser tauchenden Fühlerspitze 6 frei. Die Signalamplitude an der Fühlerspitze liegt zwischen -1,2 Volt und +1,2 Volt. Wegen der hohen Frequenz von ca. 6 HKZ tritt keine Polarisierung ein.

Die ins Wasser W eintauchende Fühlerspitze 6 wird durch das lei­ tende Wasser bedämpft. Die Amplitude wird kleiner. Dann baut sich in der Fettabscheidesektion F die Fettschicht S allmählich im Wasser auf, und zwar nach unten und auch geringfügig nach oben, bis die Fühlerspitze 6 in die nicht leitende Fettschicht eingebettet ist. So­ bald die Fühlerspitze 6 voll in die Fettschicht S eingebettet ist, wird die Bedämpfung aufgehoben und die Fühlerspitze beginnt zu schwingen. Das dann über die Elektronik im Netzteil erzeugte Signal wird für Steueraufgaben genutzt, z. B. zum Anzeigen der Fettschichtdicke oder zum Einleiten eines Entsorgungsvorgangs. Das Schwingen der Fühlerspitze 6 und der Spitzen-Winkel α der Fühler­ spitze 6 werden für den Schaltvorgang bei der Fettentsorgung ge­ nutzt. Beim Entsorgen gelangt die schwingende Fühlerspitze wieder in das leitende Wasser, das haftende Fett wird durchdrungen und es erfolgt neuerlich eine Bedämpfung. Damit läßt sich erneut ein Steu­ ersignal ableiten und kann der Entsorgungsvorgang abgeschlossen werden. Die Dicke der Fett- oder Ölschicht wird durch die Länge der Sondenstäbe bzw. durch die Eintauchtiefe oder Tiefenposition der Fühlerspitzen bestimmt und festgelegt.

Für besonders niedrige Betriebstemperaturen oder bei Hartfetten können die Sondenstäbe A beheizt werden, so daß ein Abschmelzen des Fetts erreicht wird, was auch bei langen Standzeiten zweckmä­ ßig ist, wenn sich Fettsäure gebildet hat, die den Leitwert des Fetts unerwünscht verändert.

Ferner ist es möglich, die Sondenstäbe A stufenweise so anzuord­ nen, daß sie unterschiedliche Tiefenbereiche in der Fettschicht oder unterschiedliche Niveaubereiche abtasten. Dies kann dann zu einer digitalen Dickenmessung eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Meßgerät für eine im Wasser schwimmende Fett- oder Ölschicht, insbesondere zum Messen der Dicke oder/und des Niveaus der Schicht in einem Fettabscheider, dadurch gekennzeichnet, daß we­ nigstens ein eine freie Fühlerspitze (6) aus Metall aufweisender Son­ denstab (A) mit der Fühlerspitze (6) im Wasser (W) angeordnet ist, und daß die im Kontakt mit Wasser (W) und mit der Schicht (S) aufgrund der unterschiedlichen Leitfähigkeit von Wasser und Fett bzw. Öl unterschiedlich bedämpfbare Fühlerspitze (6) an ein elek­ tronisches Netzteil (N) angeschlossen ist, das einen Wechselspan­ nungs-Signalerzeuger (Z) für eine hochfrequent schwingende, an die Fühlerspitze (6) anlegbare Signalamplitude und einen Bedämp­ fungs-Detektor (22) aufweist, mit dem aus der in Abhängigkeit von der Bedämpfung der Fühlerspitze (6) die Schichtdicke und/oder das Niveau der Schicht (S) repräsentierende Steuersignale erzeugbar sind.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenstab (A) ein Metallstab, z. B. aus Chromstahl, mit einem Stabschaft (5) und einer sich verjüngenden oder nadelartigen Füh­ lerspitze (6), vorzugsweise mit einem Spitzen-Winkel α von höchstens 15°, ist, der eine sich bis zur freiliegender Fühlerspitze (6) erstreckende Außenisolierung (I) aufweist und am der Fühler­ spitze (6) abgewandten Ende in ein mit dem Netzteil (N) verbun­ denes Anschlußgehäuse (G) integriert ist.

3. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei zueinander parallele Sondenstäbe (A) in das An­ schlußgehäuse (G) integriert sind.

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenstäbe (A) gleich lang sind, ca. 200 bis 500 mm.

5. Meßgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Fühlerspitzen (6) der unterschied­ lich lang ausgebildeten mehreren Sondenstäbe (A), gestuft unter­ schiedliche Eintauchtiefen aufweisen.

6. Meßgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Sondenstab (A) eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, vorzugsweise eine in die Außenisolierung (I) inte­ grierte Heizung.

7. Meßgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Sondenstäben (A) einer mit dem Detektor (22) des Signalerzeugers (Z) und der zweite mit dem Stromkreis des Netzteils (N) verbunden ist, und daß mit dem zwei­ ten Sondenstab (A) eine Betriebsanzeige (17) des Meßgeräts (M) und mit dem Detektor (22) eine Schichtdicken- oder Schichtniveau- Anzeige (17) aktivierbar ist.

8. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ei­ nem in das Netzteil (N) integrierten Schaltkreis (19) mit einem Trimmwiderstand (23) der Signalerzeuger (Z) als Oszillator (20) ausgebildet und über eine abgeschirmte Leitung (26) mit zumindest einem Sondenstab (A) verbunden ist, daß in den Schaltkreis (19) ein Regulator (21) und der Bedämpfungsdetektor (22) eingegliedert sind, und daß der Detektor (22) über einen Verstärkertransistor (24) mit einer Alarmanzeige (16) (optisch und/oder akustische Si­ gnalanzeige) und einem Steuer-Schaltrelais (30), z. B. zum Aktivie­ ren einer Fettabscheide-Entsorgungsvorrichtung (11), verbunden ist.

9. Meßgerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu wenigstens einem Sonden­ stab (A) ein Gleichstrom-Kleinschaltrelais (28) mit einem potential­ freien Niveaukontakt (13) am Anschlußgehäuse (G) vorgesehen und über die abgeschirmte Leitung (26) an den Signalerzeuger (Z) ange­ schlossen ist.