DE4308996C2 - Meßgerät für eine Fett- oder Ölschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein aus DE 34 05 962 A1 bekanntes Meßgerät ist eine Son­ de zur Füllstandsmessung in einem Öl/Wasser-Abscheider. Diese weist mehrere Sondenstäbe mit blanken Fühlerspit­ zen auf, die mit der elektrischen Schaltung derart ver­ bunden sind, daß aus den unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten von Wasser und Öl Signale ableitbar sind, die gegebenenfalls für Steuervorgänge benutzt werden. Um fehlerhafte Messungen zu vermeiden, die sich aufgrund der isolierenden Wirkung an der Fühlerspitze anhaftenden Öls ergeben könnten, wird die Fühlerspitze periodisch mit Reinigungsflüssigkeit abgesprüht, damit sie für den notwendigen Kontakt mit Wasser blank bleibt. Dies ist sehr aufwendig, insbesondere bei Langzeiteinsatz.

Bei einem aus US-PS 42 13 340 bekannten Meßgerät zum Feststellen des Phasenübergangs zwischen Wasser und Öl sind mehrere in unterschiedlichen Höhen positionierte und an einen Schaltkreis angeschlossene bzw. wahlweise anschließbare Fühlerspitzen vorgesehen. Ein Stromkreis wird jeweils zwischen der am tiefsten positionierten Fühlerspitze und einer höher positionierten Fühlerspitze geschlossen, sobald der Wasserspiegel oberhalb dieser beiden Fühlerspitzen steht. Damit wird die Anwesenheit oder die Höhe des Wasserspiegels festgestellt. Eine Öl­ schicht wird detektiert, indem aufgrund der niedrigen Leitfähigkeit des Öls ein Relais umschaltet, das einen Alarm betätigt. Öl haftet an den Fühlerspitzen und ver­ hindert dann eine korrekte Anzeige.

Ähnlich arbeitet eine aus DE 41 26 091 A1 bekannte Vor­ richtung, bei der die Meßsonde mit einer regelmäßig rechteckförmigen Versorgungsspannung beaufschlagt und der Meßstrom in vorbestimmten Periodenabständen abgeta­ stet wird. Aus dem Vergleich des Meßstromwerts und eines Referenzstromwerts wird ein Signal abgeleitet, mit dem sich die An- oder Abwesenheit eines Flüssigkeitsspiegels an der Fühlerspitze feststellen läßt.

Bei einer aus DE 32 28 767 A1 bekannten Vorrichtung wird die Lage des Phasenübergangs zwischen zwei unterschied­ lichen Flüssigkeiten nachgewiesen, die für Wechselstrom frequenzabhängig unterschiedliche Widerstände haben. Zur Abtastung wird die Frequenz der Wechselspannung zwischen 10 kHz und 400 kHz auf einen Frequenzwert eingestellt, bei dem die Stromwiderstände der beiden Flüssigkeiten sehr stark verschieden sind. Es läßt sich so die Annähe­ rungsbewegung des Phasenübergangs an eine bestimmte Höhe abtasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das funktionssi­ cher und störungsunanfällig die Schichtdicke oder das Niveau des Phasenübergangs zu messen vermag, und insbe­ sondere bei der selbsttätigen Entsorgung in einem Fett­ abscheider einsetzbar ist.

Fettabscheide-Anlagen müssen allgemeinen Vorschriften entsprechend dann von Fett entsorgt werden, wenn die Fettschicht eine bestimmte Dicke, z. B. 160 mm, erreicht hat. Die Fettschicht schwimmt im Abwasser und baut sich im Verhältnis von ungefähr 1 : 9 so auf, daß ein Zehntel der Schichtdicke über der Wasseroberfläche und neun Zehntel unterhalb der Wasseroberfläche liegen. Es ist üblich, die Schichtdicke mittels Schaugläsern zu überwa­ chen und die Entsorgung in Abhängigkeit von der festge­ stellten Schichtdicke einzuleiten. Die Schichtdicke läßt sich auch optoelektronisch überwachen, jedoch ist diese Überwachung störungsanfällig. Moderne Fettabscheider werden oftmals selbsttätig entsorgt, d. h. der Entsor­ gungsvorgang wird automatisch eingeleitet und durchge­ führt. Für die selbsttätige Entsorgung, aber auch bei manuell eingesteuerter Entsorgung, ist die genaue Mes­ sung der Schichtdicke und/oder des Niveaus der Fett­ schicht wichtig.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 enthaltenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausbildung wird der elektrophysikalische Ef­ fekt der unterschiedlichen Bedämpfung einer schwingenden Signalspannungsamplitude an der Fühlerspitze benutzt, um festzustellen, wann der Phasenübergang die Fühlerspitze erreicht hat. Die Signalspannungsamplitude, die z. B. zwischen -1,2 und +1,2 V liegt und bei Fett mit einer Frequenz von ca. 6 kHz schwingt, wird unter Bedämpfung kleiner. Die Spannung kann gegebenenfalls ganz abfallen. Diese Änderung stellt der Bedämpfungsdetektor fest. Wächst die Schicht, dann wird die Fühlerspitze allmäh­ lich in die auch nach unten ins Wasser wachsende Schicht eingebettet. Die Bedämpfung der Fühlerspitze läßt wegen der geringeren Leitfähigkeit der Schicht allmählich nach. Der Bedämpfungsdetektor stellt diesen Zustand fest und erzeugt ein Signal, das für Steueraufgaben genutzt wird, z. B. zum Anzeigen des Entsorgungsbedarfs, des Ni­ veaus, der Fettschichtdicke, oder zum Einsteuern der Ei­ genentsorgung des Fettabscheiders. Wird die Schicht wie­ der dünner, dann gelangt die Fühlerspitze erneut ins Wasser. Die Bedämpfung nimmt zu, was der Bedämpfungsde­ tektor zum Erzeugen eines die Entsorgung beendenden Sig­ nals verwenden kann. Die geometrische Form der Fühler­ spitze und die elektrische Beaufschlagung lassen die Fühlerspitze schwingen, so daß sich auch das haftende Fett ablöst, das allein durch die Auftriebskraft des Wassers nicht abgelöst würde. Dank der sich selbsttätig reinigenden Fühlerspitze wird der Phasenübergang zwi­ schen Wasser und Fett auch bei schwierigen Betriebszu­ ständen, wie sie in einem Fettabscheider vorliegen, zu­ verlässig festgestellt. Es arbeitet das Meßgerät präzise und wartungsarm unter den groben Arbeitsbedingungen im Fettabscheider. Die Nadelform bzw. ein Spitzenwinkel von höchstens 15° begünstigt die Entstehung wirksamer Schwingungen und unterstützt das rasche Abgleiten des Fettes.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist zumindest die Fühlerspitze aus Chromstahl, z. B. der Qualität 1.5471, der den Anforderungen bei einem Fettabscheider (z. B. Fettsäuren) besonders gut Rechnung trägt.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 erbringen zwei oder mehrere Sondenstäbe eine hohe Meßqualität und eine gesteigerte Zuverlässigkeit. Der Stromkreis läßt sich über die Sondenstäbe schließen, selbst wenn die Behäl­ terwandung des Fettabscheiders aus Kunststoff besteht. Mit dem angegebenen Längenbereich der Sondenstäbe wird ein großer Meßbereich auch für dicke Fettschichten er­ reicht. Das Anschlußgehäuse bzw. der Netzteil liegen au­ ßerhalb des Verschmutzungsbereiches. Werden die Fühler­ spitzen auf unterschiedlichen Eintauchtiefen angeordnet, läßt sich eine digitale Dickenmessung vornehmen.

Für niedrige Betriebstemperaturen oder Hartfette ist die Ausführungsform gemäß Anspruch 4 zweckmäßig. Mit der Heizvorrichtung wird ein Abschmelzen des Fettes von der Fühlerspitze bewirkt, was die Reinigung der Fühlerspitze bei ihrer Schwingbewegung unterstützt. Ein Beheizen des Sondenstabs oder auch nur der Fühlerspitze kann bei lan­ gen Standzeiten zwischen Entsorgungsvorgängen günstig sein, um genaue Meßergebnisse zu erzielen. Beispielswei­ se könnten haftende Fettsäuren entstehen, die den Leit­ wert des Fetts an der Fühlerspitze erhöhen und die Füh­ lerspitze ungewollt in einen bedämpften Zustand bringen. Baulich besonders einfach ist es, die Heizung in die Au­ ßenisolierung des Sondenstabs einzugliedern oder mit dieser zu verbinden.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 5 erfüllen die Sondenstäbe zusätzliche Funktionen.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 6 ist der Netz­ teil einfach, kostengünstig und kompakt. Der Netzteil mit dem Oszillator, einem Transformator mit Absicherung, einem Störfilter, einer Spannungskontrollanzeige sowie Festspannungsregler und Entstördrossel ist funktionssi­ cher. Die Wechselspannungs-Signalamplituden werden für Fett mit einer Frequenz von ca. 6 kHz aus der 220 V/50 Hz Netzspannung erzeugt, wobei die Signalamplituden zwi­ schen -1,2 V und +1,2 V wechseln sollten, damit die Füh­ lerspitze zum Schwingen kommt. Bei einer Frequenz von ca. 6 kHz ist die Gefahr einer Polarisierung vermieden, was zu einer langen Lebensdauer des Meßgerätes beiträgt. Mittels des Trimmwiderstands läßt sich die Empfindlich­ keit bzw. der Schwellwert an die Leitfähigkeit der Schicht anpassen. Der Bedämpfungsdetektor steuert über den Verstärkertransistor den Signalteil und gegebenen­ falls ein Steuerschaltrelais an, falls das Steuersignal eine ausreichend große Fettschichtdicke oder das zum Entsorgen kritische Fettschichtniveau anzeigt.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 7 dient das Meß­ gerät gleichzeitig als Niveauschalter, der bei Erreichen eines bestimmten Wasserstandes 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 Wasser 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 15° 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 kHz 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 a 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 (7)

1. Meßgerät zum Messen einer in Wasser schwimmenden Schicht eines fetthaltigen Stoffes, insbesondere zum Messen der Dicke oder/und des Niveaus einer Fettschicht in einem Fettabscheider, mit wenigstens einem eine freie Fühlerspitze aus Metall aufweisenden Sondenstab, dessen Fühlerspitze abhängig von der Dicke und/oder dem Niveau der Schicht vom Wasser oder von der Schicht umgeben ist, und der an eine elektrische, eine Arbeitsspannung an die Fühlerspitze anlegende Schaltung angeschlossenen ist, die auf den Phasenübergang zwischen Wasser und der Fett­ schicht mit einem Signal anspricht, wobei das Ansprech­ verhalten beeinträchtigende Ablagerungen zumindest von der Fühlerspitze auf mechanischem Weg ablösbar sind, wobei ferner in der Schaltung ein Wechsel­ spannungs-Signalerzeuger (Z) vorgesehen ist, mit dem po­ sitive und negative Signalspannungs-Amplituden an die Fühlerspitze (6) anlegbar sind, wobei die Schaltung einen Bedämpfungsdetektor (22) zum Feststellen des Phasenüber­ gangs zwischen Wasser und der Fettschicht enthält, und wobei die Fühlerspitze nadelartig oder mit einem spitzen Winkel von höchstens 15° kegelig ausgebildet und zum Lö­ sen haftenden Fetts mittels der mit einer Frequenz von etwa 6 kHz erzeugten Signalspannungsamplituden zum Schwingen anregbar ist.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenstab (A) aus Chromstahl besteht.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei zueinander parallele Sondenstäbe (A) mit einer zwischen 200 und 500 mm liegenden Länge vorgesehen sind, und daß die Fühlerspitzen (6) der Sondenstäbe (A) in ein und derselben Eintauchtiefe oder in gestuft un­ terschiedlichen Eintauchtiefen angeordnet sind.

4. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Sondenstab (A) eine Heizvorrichtung vorgesehen, vorzugsweise eine in eine Außenisolierung des Sondensta­ bes (A) integrierte Heizung.

5. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Sondenstäben (A) ein Sondenstab (A) mit dem Be­ dämpfungs-Detektor (22) des Wechselspannungs-Signaler­ zeugers (Z) und der zweite Sondenstab (A) mit dem Strom­ kreis eines Netzteils (N) verbunden ist, und daß mit dem zweiten Sondenstab (A) eine Betriebsanzeige (17) des Meßgeräts (M) und mit dem Bedämpfungsdetektor (22) eine Schichtdicken- oder Schichtniveau-Anzeige (17) aktivier­ bar sind.

6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungs-Signal­ erzeuger (Z) in einem einen Trimmwiderstand (23) enthal­ tenden Schaltkreis (19) im Netzteil (N) angeordnet, als Oszillator (20) ausgebildet, und über eine abgeschirmte Leitung (26) mit dem Sondenstab (A) verbunden ist, daß der Bedämpfungsdetektor (22) und ein Regulator (21) in den Schaltkreis (19) eingegliedert sind, und daß der Be­ dämpfungsdetektor (22) über einen Verstärkertransistor (24) mit einer optischen und/oder akustischen Alarman­ zeige (16) und einem Steuer-Schaltrelais (30) verbunden ist, wobei das Steuer-Schaltrelais (30) beispielsweise zum Aktivieren einer Fettabscheide-Entsorgungsvorrich­ tung (11) vorgesehen ist.

7. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß parallel zum Sondenstab (A) ein Gleichstrom-Kleinschaltrelais (28) mit einem potential­ freien Niveaukontakt (13) an einem Anschlußgehäuse (G) vorgesehen und mit der Leitung (26) an den Wechselspan­ nungs-Signalerzeuger (Z) angeschlossen ist.