DE8004928U1 - Elektrische messsonde - Google Patents

Description

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Raiffeisenstr. 7 LANG APPARATEBAU GMBH

8221 Siegsdorf Obb.,

den 21. 2. 1980 Bor/C

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^Elektrische Meßsonde "

Die Erfindung betrifft eine elektrische Meßsonde zum Erfassen der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit mit einer von dieser zu durchströmenden und zwischen Elektroden mit einem elektrischen Strom zu beaufschlagenden Meßstrecke, wobei die Elektroden von der Flüssigkeit abzuschirmende elektrische Zuleitungen besitzen.

/ Solche Meßsonden werden beispielsweise bei einer Kon-

^J zeption zur Anwendung in druckbeaufschlagten Rohrleitungen u. a* zum Überwachen der Konzentration von Reinigungs- und Desinfektionsbädern eingesetzt. In der Regel wird dabei der elektrische Widerstand des Meßgutes, d. h. der Flüssigkeit, gemessen. Bei chemisch aggressivem, flüssigem Meßgut müssen die Bestandteile der Meßsonde, die mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, entsprechend chemisch beständig sein. Auch wird von Meßsonden häufig eine Unempfindlichkeit des Aufbaus und der Meßgenauigkeit bei Temperaturen bis zu etwa 95°C und bei Temperaturschvankungen von ca. 80 C verlangt.

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Ein zu Reinigungszwecken eingesetztes Meßgut unterliegt bei mehrmaliger bzw. längerer Verwendung einer zunehmenden Verschmutzung mit der Folge, daß auch die mit dem Meßgut in Verbindung stehenden Teile der Meßsonde verschmutzen und entsprechend zu reinigen sind. Vor allem kommt ein mechanisches Heinigen der fraglichen elektrisch leitenden Teile der Meßsonde in Frage.

Zum überwiegenden Teil werden die Meßsonden aus spanabhebend bearbeitetem, thermoplastischem Kunststoffhalbzeug hergestellt, wobei Formteile aus Elektrokohle, Edelstahl bzw. Edelmetall für die elektrische Verbindung zum Meßgut vorgesehen sein können. Das Abdichten zwischen den elektrisch leitenden Formteilen und den Kunststoffteilen erfolgt beispielsweise mit Hilfe von elastischen Dichtelementen. In einer bekannten Ausführungsform sind mehrere kreisförmige Elektroden konzentrisch zueinander und gegeneinander durch zwischengelegten thermoplastischen Kunststoff isoliert (vergleiche DE-OS 28 37 102).

Schwierigkeiten im Betrieb treten bei den Meßsonden oder Meßzellen vor allem wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von leitenden Metall- bzw. Kohleformteilen einerseits und den isolierenden Kunststoffteilen andererseits auf. Hieraus ergeben sich Rißbildung an den isolierenden Kunststoffteilen, Ablösung an den Grenzflächen und Nachlassen der Vorspannung elastischer Dichtelemente. Die resultierende Undichtheit an der Grenze von leitenden zu isolierenden Teilen führt sowohl zu Isolier- und damit zu Meßfehlern als auch zu Korrosion und Zerstörung der Einzelteile, insbesondere der elektrischen Versorgungsleitungen.

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Es ist auch schon versucht worden, Meßsonden abschnittsweise aus leitenden oder nicht leitenden duroplastischen Kunststoffen zusammenzusetzen. Nachteilig wirkt sich hierbei vor allem die geringere Verschleißfestigkeit gegenüber Edelmetallelektroden bei häufig notwendiger mechanischer Reinigung und die durch das Material bedingte schwache chemische Beständigkeit gegenüber säurehaltigem Meßgut aus. Abschnittsweise aus leitenden und nichtleitenden Elastomeren zusammengesetzte Meßsonden weisen eine geringe mechanisehe Festigkeit auf, die bei schnell strömenden Medien so gar ein Verformen der Sonde und damit eine Meßwertverände-. rung zur Folge haben kann. Diese Meßsonden können höchstens als Füllstandsgeber oder als Steuersonden mit ja/nein-Funktion verwendet, werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßsonde, vorzugsweise zum Liefern von Analogdaten, zu schaffen, die sovohl eine sichere Verbindung zwischen Isolierung und elektrischen Zuleitungen als auch die zum Einsatz in stark strömenden und/oder stark verschmutzten Medien erforderliche mechanische Steifheit sowie Verschleiß-

festigkeit aufweist. Die erfindungsgemäße Lösung besteht für eine elektrische Meßsonde eingangs genannter Art darin- daJß die von der Flüssigkeit abzuschirmenden Tsüe der Zuleitungen ein mechanisch stabilisierendes Einlagegerüst eines mit dem Material der Zuleitungen eine sogenannte Gummx-Metall-Verbindung eingehenden, elektrisch isolierenden und die Form der Sonde bestimmenden Elastomer-Hüllenkörpers bilden.

Durch die Erfindung wird demgemäß eine elektrische Meßsonde für den Einsatz in elektrisch leitenden Flüssig-

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keiten zum Zweck der Leitfähigkeitsmessung geschaffen, die im wesentlichen aus einer formgebenden, elektrisch isolierenden Elastomer-Hülle besteht, welche die mit dem Meßgut nicht in Berührung stehenden metallischen Leiter umschließt und mit diesen eine sogenannte Gummi-Metall-Verbindung bildet. Der mit dem Meßgut in Berührung kommende Teil der erfindungsgemäßen Meßsonde besteht somit aus chemisch- und temperaturbeständigem, nichtleitendem Elastomer, welches wegen der Gummi-Metall-Verbindung eine so innige Verbindung zwischen vernetztem Elastomer und den Metallteilen gewährleistet, daß das selbst geometrisch stabilisierte, leitende Gerüst chemisch beständig und elektrisch isolierend sicher umhüllt wird.

Gemäß weiterer Erfindung enthält die Meßsonde ein elektrisch leitendes, metallenes Gerüst aus Edelstahl, welche die mit dem jeweiligen Meßgut in Berührung kommenden Teile, vorzugsweiße Edelmetall-Teile, trägt. Die elektrisch leitenden, metallischen Teile des Gerüstes sind dabei mit den erforderlichen Anschlüssen zu einer elektrischen Versorgungsspannung bzw. Leitung versehen und schon vor dem Einbetten in den Elastomer-Hüllenkörper vorzugsweise mit Hilfe eines Isolierstoffkörpers, insbesondere aus thermoplastischem bzw. duroplastischem Kunststoff, Hartgewebe, Keramik oder Glas, elektrisch getrennt aber mechanisch stabil zusammengehalten.

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Die elektrische Meßsonde wird vorzugsweise in einer Werkzeugform zusammengefügt. In die Form wird das bereits fertig montierte Gerüst eingebracht, vorher aber vorzugsweise mit einem Haftvermittler gegenüber einer in das

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verbleibende Volumen der Werkzeugform bei Abdeckung der elektrisch leitenden Elektroden einzuhüllenden Elastomer-Mischung versehen. Das Einlagegerüst kann außerdem ein Einlageteil mit Varistor sowie Anschlußdrähten und -kabel enthalten. Zweckmäßig wird die Elastomer-Mischung, insbeson dere eine mit den erforderlichen Zusätzen versehene Rohkautschuk-Mischung, mittels eines Preß-, Spritz- oder Spritz-Preß-Verfahrens in die Werkzeugform eingefüllt. Bei dem weiteren Herstellungsverfahren wird die Elastomer-Mi schung unter erhöhtem Druck und Wärmeeinwirkung in der Werkzeugform vernetzt und unterstützt durch den Haftvermittler nach Art einer Vulkanisierung innig mit dem Einlagegerüst verbunden. In jedem Fall sollen Werkzeugform und Gerüst (elektrische Zuleitungen) so gestaltet bzw. vorbe reitet werden, daß die mit dem Meßgut bei Betrieb der fer tigen Sonde in Berührung zu bringenden, elektrisch leitenden Edelmetall-Teile bzw. -flächen oder -kontakte nicht von dem Elastomer abgedeckt werden. Die von dem Meßgut zu trennenden Teile der Meßsonde sollen dagegen mit einem chemisch- und temperaturbeständigen, nichtleitenden Elastomer abgedeckt werden, welches erfindungsgemäß eine Gummi-Metall-Verbindung mit den blanken Metallflächen eingeht.

Infolge der Dehnbarkeit des Elastomers und des wie vulkanisiert festen Haftens des Mantels auf den Metallflächen des Gerüstes sind auch bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metallgerüst und Elastomer-Hülle eine Rißbildung in der Hülle sowie ein Verschieben der Grenzflächen relativ zueinander und damit Undichtheiten bei der Meßsonde sicher vermieden.

Die bei erfindungsgemäßem Aufbau und erfindungsgemäßer Zusammensetzung erreichte verstärkte Dichtwirkung des

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elastomeren Hüllwerkstoffs gegenüber dem eingelegten Teil ergibt sich u. a. deshalb, weil das Elastomer beim Aufbringen und Vulkanisieren schwindet und deshalb die zu schützenden Metallteile fest umspannt. Bei passender konstruktiver Gestaltung kann außerdem erreicht werden, daß ein in stark strömendem Meßgut zunehmender Staudruck nicht zur Beschädigung der Meßsonde sondern im Gegenteil zu kraftvollerem Umschließen des metallenen Gerüstes £' durch den Hüllwerkstoff führt. Im übrigen wird die er-

^- ¹⁰ forderliche mechanische Steifheit der Meßsonde gegen Formänderung bei hohen Staudrucken natürlich durch das den elastomeren Hüllwerkstoff stützende, elektrisch leitende Gerüst gewährleistet.

Gemäß noch weiterer Erfindung kann das metallische Einlageteil der Sonde konstruktiv derart gestaltet werden, daß ein zum Temperaturko mpensieren benötigter Varistor bzw. Thermistor sowie sämtliche elektrischen Versorgungsleitungen vor dem Einvulkanisieren zu montieren und anzuschließen sind. Es kann auch eine Zugentlastung für das Anschlußkabel der Gesamtsonde so gestaltet werden, Q\ ^daß Beanspruchungen nicht vom Kabel sondern über den

Hüllenkörper auf das metallische Einlagegerüst von diesem aufgenommen werden.

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Anhand der schematischen Darstellung eines Ausfuhrungsbeispiels werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert.

In der beigefügten einzigen Figur ist ein Längsschnitt durch eine Moßsonde dargestellt, die als Beispiel zum Einsatz in sogenannten Durchflußarmaturen konzipiert worden ist. Xn der Zeichnung ist angenommen die Sonde sei in einen von einem Eingang 1 in Pfeilrichtung 2 zu einem Ausgang 3 durchflossenen Raum 4 eingesetzt.

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Die insgesamt mit 5 bezeichnete Meßsonde besteht erfindungsgemäß im Prinzip aus einem im wesentlichen durch elektrische Zuleitungen bzw. Gerüstteile 6 und 7> einem Isolierstoffkörper 8 gebildeten Einlagegerüst sowie aus dem die Außen- und Innen-Form der Sonde 5 bestimmenden Elastomer-Hüllenkörper 9· Letzterer enthält im Ausführungsbeispiel eine Längsbohrung 10, durch die die zu untersuchende Flüssigkeit längs der kleinen Pfeile 11 bis zur Ausgangsbohrung 12 und dann zum Ausgang 3 der Armatur fließt. Der entsprechende Veg der Flüssigkeit wird mit Hilfe von an den Elastomer-Hüllenkörper 9 an-

geformten Dichtkanten 13 an der dem Eingang I zugewandten Seite der Sonde 5 und durch weitere Dichtkanten lh sowie ein Anpreßteil 15 am gegenüberliegenden Längsende der Sonde 5 erzwungen.

Die von Eingang 1 zum Ausgang 3 der Durchflußarmatur bewegte Flüssigkeit wird in der durch die Elektroden 16, 17 und 18 definierten Meßstrecke 19 bestimmt, indem ein über die Zuleitungsdrähte 20 und die Gerüstteile 6 und 7t d. h. die elektrischen Zuleitungen zu den Elek

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troden 16 bis 18, zugeführter Strom innerhalb der Meßstrecke 19 durch die zu messende Flüssigkeit geleitet und der Widerstand der Flüssigkeit gemessen wird. Vorzugsweise fließt der Strom zwischen der mittleren Elektrode 17 einerseits und den beiden endständigen Elektroden 16 und 18 andererseits in der Meßstrecke 1°·

Ersichtlich sind alle metallischen Teile der elektrischen Zuleitungen bzw. Gerüstteile 6 und 7 sicher im Λ ) Elastomer-Hüllenkörper 9 geschützt. Die einzigen mit

der Flüssigkeit in Berührung kommenden Teile, nämlich die Elektroden 16 bis 18, bestehen vorzugsweise aus Edelmetall, wie Gold, und werden daher erstens nicht von der Flüssigkeit chemisch angegriffen und sind andererseits leicht mechanisch zu reinigen. Venn die Gerüstteile 6 und 7 aus Edelstahl bestehen, werden für die Elektroden 16 bis 18 vorzugsweise mit dem Edelstahlgerüst hart verlötete Edelmetallringe benutzt.

Vor dem Zusammenbau bzw. beim Einlegen in eine zum Verbinden der Gerüstteile 6 und 7 mit dem Elastomer- \ 20 Hüllenkörper vorgesehenen Verkzeugform werden die Ge- ^ rilstteile zweckmäßig mit Hilfe des Isolierstoffkörpers

8 in die gewünschte räumliche Zuordnung gebracht. Der Isolierstoffkörper 8 kann außerdem einen zum Temperaturkompensieren vorteilhaften Varistor 21 mit zugehörigem Gehäuse 22 festhalten. Letzteres kann so ausgebildet sein, daß es außer den Varistor-Zuleitungen 23 auch das nach außen führende Kabel 2U der Meßsonde 5 aufnimmt und über eine Klemmung 25 eine Zugentlastung des Kabels 2h derart bewirkt, daß auf das Kabel 24 ausgeübter Zug über das Material des Hüllenkörpers 9 unmittelbar und mittelbar über den Isolierstoffkörper 8 zu den stabilen Gerüstteilen 6 und 7 weitergeleitet wird.

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Bezugszeichenliste

1 se Eingang

2 = Pfeil

3 s Ausgang

4 = Flüssigkeits-Raum

5 «= Meßsonde

_ = elektrische Gerüstteile

8 = Isolierstoffkörper

9 ·= Elastomer-Hüllenkörper

10 = Längsbohrung

11 = kleine Pfeile

12 = Ausgangsbohrung

13 = Dichtkanten 14= Dichtkanten

15 = Anpreßteil

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18 = Elektroden

19 = Meßstrecke

20 = Zuleitungsdrähte

21 = Varistor

22 = Varistor-Gehäuse

23 = Varistor-Zuleitungen Zh = Kabel

25 = Klemmung

Claims (1)

1. "Elektrische Meßsonde »

   Schutz ansprüche

   1. Elektrische Meßsonde zum Erfassen der elektrischen

   Leitfähigkeit einer Flüssigkeit mit einer von dieser zu

   durchströmenden und zwischen Elektroden mit einem elektrisehen Strom zu beaufschlagenden Meßstrecke, wobei die . Elektroden von der Flüssigkeit abzuschiremende elektrische Zuleitungen besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Flüssigkeit abzuschirmenden Teile der Zuleitungen ein mechanisch stabilisierendes Einlagegerüst (6, 7) eines mit dem Material der Zuleitungen eine sogenannte Gummi-Metall-Verbindung eingehenden, elektrisch isolierenden und die Form der Sonde (5) bestimmenden Elastomer-Hüllenkörpers (9) bilden.

   2. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Flüssigkeit abzuschirmenden Zuleitungen (6, 7) aus Edelstahl bestehen.

   3. Meßsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Flüssigkeit in Berührung zu bringenden Elektroden (16, 17, 18) mit den Zuleitungen (6, 7) stoffschlüssig verbundene, insbesondere hartverlötete, Edelmetallkörper sind.

   k. Meßsonde nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomer-Hüllenkörper (9) durch Druck und erhöhte Temperatur vernetzten Kautschuk enthält.

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   5· Meßsonde nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis k_t dadurch gekennzeichnet, daß das ihre elektrischen Anschlüsse aufnehmende Anschlußkabel (24) mit einer Zugentlastung zum Einlagegerüst (6, 7) versehen ist.

   6. Meßsonde nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 zum Messen der Leitfähigkeit einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung gekennzeichnet durch die konstruktive Aus- Γ~ \ bildung der Außenform des elastomeren Hüllenkörper-Materials als Dichtelement gegenüber vorgegebenen Rohrleitungsteilen.

   7· Meßsonde nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen in den Elastomer-Hüllenkörper (9) und das Einlagegerüst (6, 7) integrierten und mit Anschlüssen (23) versehenen Varistor (21) zur Temperatur-Kompensation.

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