DE4410953A1 - Leitfähigkeitsfühler - Google Patents

Description

Die Wasserbedingungen im Kessel einer Dampferzeugungsanlage - oder einer anderen Wasserdampfanlage - werden in der Regel durch einen Leitfähigkeitsfühler kontrolliert. Bei solchen Anlagen ist es sehr wichtig zu wissen, wie hoch der Gehalt an Verunreinigungen im Wasser ist. Die Verunreinigungen treten hierbei als gelöste Gase und als gelöste oder suspendierte Feststoffe auf. Indem man die Leitfähigkeit des Wasser mißt, kann man auf den Gehalt der insgesamt gelösten Feststoffe (TDS) schließen. Läßt man den TDS-Gehalt zu hoch ansteigen, kann einerseits der Wirkungsgrad des Verfahrens sinken, und andererseits kann die Anlage durch Korrosion und Ablagerungen auf den Wärmeleitflächen der Dampf- und Kondensatorsysteme ernsthaft beschädigt werden.

Daher muß bekanntlich der Wert der insgesamt gelösten Fest­ stoffe (TDS) im Kesselwasser kontrolliert werden. Steigt deren Gehalt untragbar an, wird ein Teil des verschmutzten Wassers abgelassen ("abgeblasen") und frisches Wasser nachgegeben. Durch das Abblasen wird jedoch dem System Energie entnommen. Das Abblasen muß deshalb sehr kontrolliert erfolgen, was eine genaue Kontrolle des Gehalts an Verunreinigungen im Wasser erforderlich macht. Bekannte Leitfähigkeitsfühler bestimmen die Leitfähigkeit des Kesselwassers, indem sie den Stromfluß zwischen Fühlerspitze und Erde, beispielsweise der Kesselwand, bestimmen. Dazu wird gewöhnlich eine konstante Wechselspannung am Fühler angelegt, weil bei einer Wechselspannung Polarisa­ tionseffekte, die zu Ungenauigkeiten führen können, vermieden sind. Bei solchen Fühlern besteht jedoch das Problem, daß sich dann an der Spitze des Fühlers Kesselstein ablagern kann, was dann die Messungen verzerrt. Der Fühler muß deshalb regelmäßig entfernt und gereinigt werden, wofür der Kessel entleert werden muß.

Erfindungsgemäß wird ein Leitfähigkeitssensor zur Verfügung gestellt, enthaltend einen Fühler und eine Betriebsschaltung, die bei normalem Betrieb des Sensors eine Wechselspannung am Fühler bereitstellt. Die Betriebsschaltung weist erfindungsgemäß eine Einrichtung auf, die während eines Reinigungsvorgangs am Fühler eine Gleichspannung anlegt.

Es wurde überraschend gefunden, daß schon 30 bis 300 Sekunden Fühlerreinigen mit einem Gleichstrom von 100 bis 500 mA den Fühler wieder sauber macht. "Sauber" bedeutet hier, daß die vom Fühler bestimmte Leitfähigkeit wie bei einem Fühler ist, der auf seiner Oberfläche keinen Kesselstein aufweist. Durch das Anlegen der Gleichspannung wird nicht unbedingt der Kesselstein entfernt, aber die Gasblasen, die bei der Elektrolyse entstehen, machen den Kesselstein mikroporös, so daß das Kesselwasser wieder bis an die Fühleroberfläche gelangt. Damit haben die elektrischen Eigenschaft des Kessel­ steins keinen Einfluß auf die Leitfähigkeitsbestimmungen durch den Sensor.

Die Einrichtung zum Anlegen der Gleichspannung kann ein fester Teil der Betriebsschaltung sein, die mit dem Fühler verbunden ist. Für diesen Fall umfaßt die Betriebsschaltung auch eine Zeitmeßeinrichtung, die die Zeit zwischen den Reinigungs­ vorgängen sowie die Dauer eines Reinigungsvorgangs bestimmt.

Die Einrichtung zum Anlegen der Gleichspannung kann auch in einer tragbaren Einheit enthalten vorliegen. Sie ist dann so ausgelegt, daß sie lösbar mit dem Rest der Betriebsschaltung verbunden werden kann, zum Beispiel durch eine Steckverbindung. Der Wartungsingenieur verbindet dann für den Reinigungsvorgang die tragbare Einheit mit den verschiedenen Fühlern.

Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Leitfähigkeitsfühlers, der bei Normalbetrieb mit einer Wechselspannung arbeitet. Das erfindungsgemäße Ver­ fahren besteht darin, daß die Wechselspannung unterbrochen wird, und an dem Fühler eine Gleichspannung angelegt wird.

Die Gleichspannung kann für 30 bis 300 Sekunden bestehen. Die Gleichspannungszeit beträgt vorzugsweise zwischen 60 und 180 Sekunden.

Die Zeit zwischen den Gleichspannungseinsätzen beträgt minde­ stens 1 Stunde und längstens 10 Stunden. Vorzugsweise ist das Intervall nicht kürzer als 3 Stunden und nicht länger als 5 Stunden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, wird nun beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Leitfähigkeitsfühler und die zugehörige Überwachungsschaltung;

Fig. 2 eine Perspektivansicht des Leitfähigkeitsfühlers vom Gerät nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Fühlerspitze des Geräts nach Fig. 1.

Siehe Fig. 1. Die Fühlerbaugruppe 2 ist mit einem Ringwulst 5 am Kessel 4 befestigt. Eine Leitung 6 versorgt die Fühler­ baugruppe 2 mit Strom. Die Fühlerbaugruppe 2 besitzt ein mit einem Gewinde versehenes Gehäuse 8, an das ein Fühlerschaft 10 befestigt ist. Am Ende des Fühlerschafts 10, der in den Kessel 4 hineinreicht, liegt die Fühlerspitze 12. Die Leitung 6 ist durch den Fühlerschaft elektrisch mit der Fühlerspitze verbunden. Der Fühlerschaft 10 besitzt einen Isoliermantel 7.

Die Leitung 6 ist mit der Betriebsschaltung 13 für den Fühler 2 verbunden. Die Betriebsschaltung hat eine Überwachungs- 14 und eine Reinigungsschaltung 18, und ein (von einer Uhr 20) zeitgesteuerter Schalter 16 schaltet den Fühler 2 wechselweise zwischen diesen um.

Die Überwachungsschaltung 14 legt eine Wechselspannung an der Fühlerspitze an und bestimmt den resultierenden Wechsel­ strom zwischen Fühlerspitze 12 und Kesselwand 4. Sowohl die Überwachungs- 14 als auch die Reinigungsschaltung 18 sind mit dem Kessel 4, der elektrisch als Erde fungiert, verbunden.

Bei der Reinigungsschaltung wird an die Fühlerspitze 12 eine Gleichspannung angelegt.

Die Überwachungs- 14 und die Reinigungsschaltung 18 erhalten den Strom aus der gleichen Quelle, z. B. aus dem Stromnetz. Der Netzstrom wird dann zum benötigten Wechsel- oder Gleichstrom umgewandelt.

Fig. 2 beschreibt die Fühlerbaugruppe 2 genauer. Die Füh­ lerbaugruppe besitzt einen länglichen Körper, wovon ein Ende so ausgelegt ist, daß es in den Kessel 4 eingeschoben werden kann. Es ist ein Gewindeabschnitt 22 vorgesehen, damit der Fühler in eine entsprechende Bohrung der Kesselwand 4 ge­ schraubt werden kann. Eine Dichtung 24 dichtet das Ganze. Am Ende des Fühlerschafts 10 befindet sich eine Fühlerspitze, die in den Kessel 4 hineinragt.

Fig. 3 zeigt im Schnitt den Endabschnitt des Fühlerschafts 10, an dem die Fühlerspitze montiert ist. Der Fühlerschaft 10 besteht aus elektrisch leitendem Material. Die Fühlerspitze 12 hat ein überstehendes Gewindeteil 26, das in eine Gewinde­ bohrung des Fühlerschaft 10 schraubbar ist. Eine elektrisch isolierende Abdeckung 28 umgibt das Endteil des Schafts 10. Sie besteht beispielsweise aus PTFE (Teflon^TM). Der Fühlerschaft ist zudem von einem Isoliermantel 30, der gleichfalls aus PTFE bestehen kann, bedeckt.

Bei Normalbetrieb steht der Schalter 16 so wie in Fig. 1 gezeigt. Die Überwachungsschaltung 14 steuert dabei die Fühler­ baugruppe 2, legt einen Wechselstrom an, und aus den Strom­ werten bestimmt sie die Leitfähigkeit zwischen Fühler 12 und Kesselgehäuse 4. Die Leitfähigkeit wird schließlich in eine Anzeige für den Gehalt an Verunreinigungen im Wasser des Kessels 4 umgesetzt. Die Frequenz des Wechselstroms, der an der Überwachungsschaltung anliegt, beträgt gewöhnlich ca. 1000 Hz, so daß zwischen Fühlerspitze 12 und Kesselwand 4 ein Stromfluß erfolgt. Nach einiger Zeit lagert sich bei Betrieb an der Fühlerspitze 12 Kesselstein ab, was die Ge­ nauigkeit der Leitfähigkeitsmessungen beeinträchtigt. Um dem abzuhelfen, verbindet das in Fig. 1 gezeigte System, d. h. der Schalter 16, regelmäßig die Fühlerspitze 12 mit der Reinigungsschaltung 18. Diese erzeugt einen Gleichstrom an der Fühlergruppe 2 von beispielsweise 150 mA, so daß zwischen der Fühlerspitze 12 und der Erde, d. h. der Kesselwand 4, ein Strom fließt. Die Reinigungsschaltung 18 arbeitet gerade so lange, bis die Fühlerspitze 12 wieder sauber wird. Der Zeitgeber 20 steuert den Schalter 16 und bestimmt die Zyklusdauer, mit der die Reinigungsschaltung 18 mit der Fühlerbaugruppe 2 geschaltet wird, und auch, wie oft die Reinigungsschaltung 18 den normalen Betrieb des Systems unterbricht. Die Steuerkennwerte des Zeitgebers 20 können so verändert werden, daß der Verschiedenheit der Anlagen Rechnung getragen wird, je nachdem, ob sich rasch oder nur allmählich Kesselstein an der Fühlerspitze ablagert. Gewöhnlich beträgt der Reinigungszyklus 3 Minuten auf 4 Stunden.

Bei einer anderen Ausführung entfällt der Zeitgeber 20, und die Reinigungsschaltung 18 ist in einer tragbaren Netzeinheit eingebaut. Diese Einheit ist dann zur Wartung von mehreren Fühlern verwendbar. Bei einer tragbaren Einheit wird voraus­ sichtlich die Zeit zwischen den Reinigungsvorgängen länger sein als bei einem Fühler, der festbleibend mit einer, wie in Fig. 1 gezeigten Betriebsschaltung geschaltet ist. Die Trageinheit ist dann gewöhnlich für höhere Stromflüsse von beispielsweise 300 mA ausgelegt.

Claims (11)

1. Leitfähigkeitssensor, enthaltend einen Fühler und eine Betriebsschaltung, die bei normalem Sensorbetrieb eine Wechselspannung am Fühler anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsschaltung Einrichtungen hat, um bei der Fühlerreinigung am Fühler eine Gleichspannung anzulegen.

2. Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 1, wobei die Be­ triebsschaltung einen Schalter enthält, der zwischen Normalbetrieb des Fühler und Reinigungsbetrieb umschalten kann.

3. Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 2, wobei die Betriebs­ schaltung Zeitgeber enthält, die den Schaltvorgang steuern.

4. Leitfähigkeitssensor nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Anlegen einer Gleichspannung am Fühler ein ständiges Teil der Be­ triebsschaltung umfaßt.

5. Leitfähigkeitssensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einrichtung zum Anlegen einer Gleich­ spannung am Fühler in einer tragbaren Einheit, die sich zur lösbaren Verbindung mit der übrigen Betriebsschaltung eignet, untergebracht ist.

6. Verfahren zur Reinigung eines Leitfähigkeitsfühlers, an dem bei Normalbetrieb eine Wechselspannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß verfahrensgemäß das Anlegen der Wechselspannung unterbrochen und eine Gleichspannung angelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei am Fühler periodisch für nicht weniger als 30 Sekunden und nicht mehr als 300 Sekunden eine Gleichspannung angelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Anwendung der Gleichspannung nicht weniger als 60 Sekunden und nicht mehr als 180 Sekunden dauert.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Zeit zwischen den Anwendungen der Gleichspannung nicht kürzer ist als 1 Stunde und nicht länger als 10 Stunden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Zeit zwischen den Anwendungen der Gleichspannung nicht kürzer ist als 3 Stunden und nicht länger als 5 Stunden.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Anwenden der Gleichspannung am Fühler einen Stromfluß durch den Fühler von zwischen 100 und 500 mA bedingt.