DE4409933C2 - Einrichtung zur Überwachung der Sauerstoffkonzentration - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Sauerstoffkonzentration mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Nach einschlägigen nationalen und internationalen Vorschriften und Standards wird empfohlen, die Korrosion beispielsweise in hydraulischen Heizungsanlagen zu über­ wachen. Der Hintergrund für Überwachungsforderungen ist die Tatsache, daß bei­ spielsweise der im Heizungswasser gelöste Sauerstoff zur Korrosion des Systems führt, soweit korrodierbare Stoffe vorhanden sind, was im Normalfall zutrifft. So sind u. a. der Stahl-Heizkessel, Rohrleitungen und aus Stahl gefertigte Armaturen durch den im Heizungswasser befindlichen Sauerstoff korrosions-bedroht.

In korrosions-bedrohten Anlagen - beispielsweise einer Heizungsanlage - werden Systemparameter wie Druck und Temperatur mit einfachen, preiswerten Geräten überwacht. Die kostengünstige Überwachung der Sauerstoffkonzentration im System scheiterte jedoch bisher an einem Verfahren, das preiswert genug ist, um auch in Standard- Anlagen eingesetzt zu werden. Sauerstoff-Meßgeräte für die Bestimmung von Augenblickskonzentrationen kosten auch in der billigsten Ausführung das 10 bis 100-fache von Thermometern oder Druckmessern.

Aus der DE 37 29 304 C2 ist eine Vorrichtung zur Erfassung einer elektrochemischen Korrosion an unzugänglichen Stellen bekannt. Diese soll eine kontinuierliche Über­ wachung ermöglichen. Es wird hier nicht die Sauerstoffkonzentration gemessen.

Es ist aus der EP 0387 816 B1, Fig. 25 bis 27 auch schon bekannt, die Sauerstoff­ konzentration, wie anhand der Zeichnung nachfolgend erläutert, zu messen.

In einem Flüssigkeitsfluß 3, dessen Sauerstoffkonzentration zu messen ist, sind zwei Elektroden 1 und 2 aus zwei unterschiedlichen Metallen, beispielsweise Nickel und Platin eingebracht, so daß je nach Sauerstoffkonzentration eine Spannung abge­ griffen werden kann. Man könnte ein Milli-Ampèremeter in den Elektroden- Stromkreis anschließen und würde so ein Maß für die augenblickliche Sauerstoff­ konzentration erhalten. Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus. Dieser hat allerdings zwei entscheidende Nachteile:

• - Sie erzeugt nur eine Moment-Anzeige und ist damit keine Anzeige der Progression der Korrosion.
• - Die Elektroden sind bereits nach kurzer Betriebszeit im "schmutzigen" Heizungswasser "vergiftet" und liefern keine brauchbaren Ergebnisse mehr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Meßeinrichtung zu schaffen, die über eine lange Betriebszeit eine Anzeige der Progression der Korrosion liefert. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird eine Überwachungseinrichtung geschaffen, die die Konzentration des gelösten Sauerstoffs - beispielsweise im Wärmeträger des Heizungssystems erfaßt und integriert. Sie weist eine Erfassungssicherheit- und Genauigkeit auf, die beispielsweise der Erfassung mit einfachen Thermometern und Druckmessern gleichkommt.

Aus der DE 34 01 405 A1 ist ein Meßverfahren zur Bestimmung des Gehalts an orga­ nischem Kohlenstoff bekannt, das eine schnelle Bestimmung dieses Gehalts ermög­ licht. Zur Durchführung dieser Bestimmung und zur Erhöhung der Meßgenauigkeit werden nacheinander erzeugte Meßimpulse integriert. Es geht hier somit nicht darum Elektroden nur zeitweise einzusetzen um deren Vergiften zu verhindern.

Die Erfindung kommt mit sehr kleinen Meßströmen aus, die nicht dauernd die Elektroden durchfließen, sondern nur in Form von sehr kurzen Impulsen in langen Zeitabständen auftreten müssen. Die Integration kann mit Hilfe einer Auswert­ schaltung in Form einer stromsparenden CMOS-Elektronik durchgeführt werden mit digitaler oder analoger Anzeige der Integrationswerte der Sauerstoffkonzentration. In einer preiswerten Ausführung besitzt das Gerät ein Coulomb-Meter. Es hat den Vorzug, ohne aufwendige Elektronik auskommen zu können; der Strom durch die Elektroden kann sehr gering gehalten werden; der Aufbau des Gesamtgeräts kann ähnlich wie gängige Thermometer und Druckmesser gestaltet werden, so daß die Ablesung ähnlich unproblematisch erfolgen kann.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Auch bei der Erfindung ragen zwei Elektroden 1 und 2 in einen Flüssigkeitsstrom. Über die Kontakte 4a eines Relais 4 sind die Elektroden 1 und 2 von Zeit zu Zeit mit einem µ-Prozessor 6 verbindbar, der ein in seiner Amplitude der augenblicklichen kurzzeitigen Messung entsprechenden Impuls erzeugt der entweder dem Antrieb eines Zählers 8 oder einem Coulomb-Meter 9 oder dem Antrieb eines Zeiger­ instruments 10 zugeführt wird. Der Impuls löst in den Anzeigen der Meßgeräte eine der Impulshöhe entsprechende Veränderung aus, addiert also nacheinander die Meßergebnisse auf.

Der µ-Prozessor 6 enthält auch eine Intervallelektronik, die die Relais 4 und 5 und deren Kontakte 4a und 5a steuert.

Die Funktionsweise des integrierenden Korrosionsanzeigers ist wie folgt:
Das von der Sauerstoffkonzentration erzeugte Potential zwischen Kathode 1 und Anode 2 bewirkt einen impulsfömigen Stromfluß durch das im Stromkreis liegende Coulomb-Meter 9. Um eine Vergiftung der Elektroden durch ständigen Stromdurch­ fluß zu vermeiden, wird der Stromkreis in Zeitabständen von Stunden oder Tagen nur für wenige Augenblicke mittels der Intervallautomatik, des Relais 4 und der Kontakte 4a geschlossen.

Um an den Elektroden einen Reinigungseffekt zu erzielen, wird mit Hilfe einer Hilfs- Spannungsquelle 11 und des vom µ-Prozessor gesteuerten Relais 5 zeitweise ein umgekehrtes Potential an die Elektroden angelegt.

Ein weiterer Reinigungseffekt entsteht durch die Anordnung der Elektroden in der Strömung der Flüssigkeit. Bei hoher Sauerstoffkonzentration fließt während des geschlossenen Stromkreises ein relativ hoher Strom durch das Coulomb-Meter. Ist die Sauerstoffkonzentration niedrig oder Null, fließt ein geringer Strom bzw. ist der Stromfluß gestoppt. Um eventuelle Temperatureinflüsse auf das Meßergebnis zu kompensieren, ist der µ-Prozessor auch mit einem Temperaturfühler 7 verbunden.

Auf diese Weise integriert das Coulomb-Meter die Sauerstoffkonzentration über die Zeit. Dies ergibt ein genaues Abbild der Korrosionsvorgänge an korrodierbaren Stoffen im System.

Beispielsweise ist bekannt, daß nur geringe oder keine Korrosionsgefahr besteht, wenn die Sauerstoffkonzentration des gelösten Sauerstoffs unterhalb einer Rate von 0,1 Milligramm/Tag bleibt. Bei einem solchen geringe Wert wird die Anzeigemarke am Coulomb-Meter über die Zeit nur sehr wenig nach oben wandern. Bei höheren Konzentrationen dagegen wird schon nach kurzer Zeit sich die Marke bereits im mittleren oder oberen Bereich befinden, so daß der Betreiber der Anlage rechtzeitig gewarnt wird und Antikorrosionsmaßnahmen durchführen kann.

Die Anzeigen der Meßeinrichtungen 9 und 10 sind analog, die Meßeinrichtung 8 digital.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Überwachung der Sauerstoffkonzentration in einem Flüssigkeits-, insbesondere Wasserfluß, die zwei in den Flüssigkeitsfluß hineinragende Elektroden aus unterschiedlichem Material aufweist und bei der diese Elektroden mit einer Meßeinrichtung für die sich zwischen den Elektroden ausbildende, von der Sauerstoffkonzentration abhängige Span­ nung verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine die Meßergebnisse integrierende Meßeinrichtung (8, 9, 10) ist und daß eine Schalteinrichtung (4, 4a, 6) vorgesehen ist, die die Meßeinrichtung (8, 9, 10) nur während im Vergleich zu den Meßzeitabständen sehr kurzen Meßzeiten mit den Elektroden (1, 2) verbindet, die damit nur dann Meßimpulse an die Meß­ einrichtung abgeben.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein­ richtung ein Coulomb-Meter (9) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein­ richtung ein Antrieb für eine Zeigeranzeige (10) ist, der durch die Meßimpulse jeweils weitergedreht wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrich­ tung der Antrieb eines Zählers (8) ist, der durch die Meßimpulse jeweils wei­ tergedreht wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2) in Phasen ohne Messung wenigstens zeitweise mit einer Gegenspannungsquelle (11) verbunden werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (4, 4a, 6) auch die Anschaltung der Gegenspannungsquelle (11) bewirkt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung durch eine Intervallelektronik (in 6) betätigt wird.