EP0081150A2 - Druck- und flammendurchschlagsicherer Sensorenkopf - Google Patents

Druck- und flammendurchschlagsicherer Sensorenkopf Download PDF

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EP0081150A2
EP0081150A2 EP82110890A EP82110890A EP0081150A2 EP 0081150 A2 EP0081150 A2 EP 0081150A2 EP 82110890 A EP82110890 A EP 82110890A EP 82110890 A EP82110890 A EP 82110890A EP 0081150 A2 EP0081150 A2 EP 0081150A2
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EP
European Patent Office
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sensor
housing
intermediate piece
piece according
pressure
Prior art date
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EP82110890A
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EP0081150A3 (de
Inventor
Günter Dr. Tauber
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Schott Gerate GmbH
Original Assignee
Schott Gerate GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G12INSTRUMENT DETAILS
    • G12BCONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G12B17/00Screening
    • G12B17/08Screening from influences producing mechanical damage, e.g. caused by blast, by external objects, by person

Definitions

  • the vorliogondu invention provides an anti-jerk and flame-proof head for sensors such as measuring electrodes, resistance thermometers, electrolyte keys and other sensors.
  • suitable sensors are required to record measured values for temperature, ion activities, in particular pH value, redox potential, conductivity, polarization current, etc.
  • Common sensors are e.g. NTC or Pt 100 resistance thermometers, ion-sensitive electrodes, pH glass electrodes, redox electrodes, conductivity measuring cells, double platinum electrodes etc., whereby the actual sensors are melted, cemented or otherwise sealed in a shaft made of glass, plastic or metals.
  • the sensor is brought into contact with the measuring medium by guiding the shaft through an opening into the container wall (pipeline, reaction vessel) and sealing it there (critical point).
  • the sensors 1 ', 1 ", 1"' ' are fastened in a sensor holder 2 which is screwed into the end of an immersion tube 3 which extends through the container wall to which it is flanged (4) or Such a sensor holder can also be screwed, for example, into a flow sensor.
  • a screw thread or a flange cap is generally integrated in the sensor head.
  • the electrolytic procedure which is required for potentiometric measurements with reference electrodes that are spatially separated from the measuring medium, is particularly critical (electrolyte key). If the part of the electrolyte key in the container (usually made of glass or plastic) is destroyed with the diaphragm, the pressure of the container is transferred to the outside through a hole that is usually several millimeters wide. If this is damaged, the sample flows out at high pressure and high speed. If the sample is explosive and if it is ignited outside the container, the flames blow through the large opening of the electrolyte key into the container and can lead to an explosion there. There is currently not yet an electrolytic bushing that meets the requirements for flame arresting safety.
  • the aim of the present invention is a pressure and flame-proof sensor head for mounting sensors for measuring electrical, electrochemical and other physical quantities in pressure vessels and hazardous areas. This goal is achieved with a sensor head according to the patent claims.
  • the sensor heads according to the invention have different features.
  • ion-sensitive electrodes For resistance thermometers, ion-sensitive electrodes, pH electrodes, redox electrodes, pH or redox combination electrodes, conductivity electrodes, double platinum electrodes Troden etc. are usually two electrical conductors (15), (15 ') isolated from one another and from the housing (10). For pull electrodes, one insulated from the housing is sufficient. Ladder.
  • the insulation body (16) pressed into the housing (10) with a length d 'of> 40 mm preferably consists of PTFE.
  • the embedding of the conductors (15) and (15 ') in this body (16) must be ensured over a length of at least 40 mm so that the intermediate piece according to the invention can meet the requirements placed on it.
  • the sensor head must have an electrolytic feedthrough (15 ") through which the electrolyte can be fed into the electrolyte key compartment from a storage vessel located outside the measuring compartment, as well as a ventilation channel (17) for the time when the electrolyte key compartment is filled.
  • electrolytic feedthrough 15
  • Stainless steel capillaries are also preferably used for the venting channel
  • the length of the capillaries for the electrolyte feed-through should be at least 23 mm with an inside diameter of ⁇ 0.6 mm.
  • the venting channel is preferably led to the outside at a point in the area of the hose connection point, so that the vent hole (18) can be covered and sealed by the connecting hose after filling the electrolyte key space.
  • the desired pressure and flame arresting security is achieved in that the properties that provide these security features are moved to the location that is critical in every case, namely in the opening in the container or measuring transducer in which the Sensor is attached.
  • any other sensor can be equipped with an intermediate piece according to the invention.

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Ein druck- und flammendurchschlagsicheres Zwischenstück zur Befestigung von Sensoren, wie z.B. Meßelektroden, Widerstandsthermometern, Elektrolytschlüsseln in Druckbehältern und in explosionsgefährdeten Bereichen besteht
  • 1) aus einem länglichen Gehäuse, welches an seinem in den Reaktionsraum reichenden Ende den Sensor fest und dichtend aufnimmt, ist
  • 2) an seinem anderen Ende so konstruiert, daß es koaxial mit herkömmlichen Sensorenköpfen und/oder mit Kabeln und/oder mit Steckkontakten oder mit Rohr- oder Schlauchverbindungen verbunden werden kann, weist
  • 3) eine Schraub- oder Flanschverbindung zur Befestigung in der Behälterwand oder Rohrleitung auf, führt
  • 4) den elektrischen Leiter und/oder Elektrolytleiter dichtend durch dieses Gehäuse, und besteht
  • 5) in allen Teilen aus korrosions- und hitzebeständigen Werkstoffen.

Description

  • Die vorliogondu Erfindung botrifft oinun uruck- und flammendurchschlagsicheren Kopf für solche Sensoren, wie beispielsweise Meßelektroden, Widerstandsthermometer, Elektrolytschlüssel und andere Sensoren.
  • Für die Kontrolle und Steuerung von chemischen und technischen Prozessen benötigt man geeignete Sensoren zur Aufnahmevon Meßwerten für Temperatur, Ionenaktivitäten, insbesondere pH-Wert, Redoxpotential, Leitfähigkeit, Polarisationsstrom u.a.. Gebräuchliche Sensoren sind z.B. NTC- oder Pt 100-Widerstandsthermometer, ionensensitive Elektroden, pH-Glaselektroäen, Redoxelektroden, Leitfähigkeitsmeßzellen, Doppel-Platinelektroden usw., wobei die eigentlichen Sensoren in einem Schaft aus Glas, Kunststoff oder Metallen eingeschmolzen, gekittet oder anders dichtend befestigt sind. Der Sensor wird mit dem Meßmedium in Kontakt gebracht, indem er mit dem Schaft durch eine öffnung in die Behälterwand (Rohrleitung, Reaktionskessel) geführt und dort (kritische Stelle) dichtend befestigt wird.
  • Häufig (s. Figur 1) sind die Sensoren 1', 1", 1''' in einer Sensorenhalterung 2 befestigt, die in das Ende eines Eintauchrohres 3 geschraubt ist, das durch die Behälterwand reicht, an welcher es festgeflanscht (4) oder auf andere Weise dichtend befestigt ist. Eine derartige Sensorenhalterung kann auch z.B. in einen Durchlaufmeßgeber geschraubt sein. Zur Befestigung desSensors in der Behälteröffnung, bzw. der Sensorenhalterung ist i.a. ein Schraubgewinde oder eine Flanschkappe im Sensorenkopf integriert.
  • Dieser Sensorenkopf erfüllt neben der Befestigungsmöglichkeit weitere wichtige Funktionen:
    • 1) Er bildet den Übergang von Sensorenschaft zum Kabel oder zu einer geeigneten Steckverbindung (Steckkopf), um das elektrische Signal weiterzuleiten.
    • 2) Er muß fest mit Kabel und Schaft verbunden sein und gas- und flüssigkeitsdicht die elektrischen Zuführungen schützen.
    • 3) Er muß korrosions- und hitzebeständig bis ca. 135°C sein.
    • 4) Die Gesamtkonstruktion vom Sensor bis zum Kabel, also auch die elektrische Durchführung durch den Sensorenkopf muß meist hochisolierend ( »10 12 Ω ) die Meßleitung zum Meßverstärker (Meßgerät) führen (z.B. bei pH-, Redox-und ionensensitiven Elektroden).
  • Diese hohen Anforderungen, die an den Sensorenkopf gestellt werden, werden von einigen handelsüblichen Instrumenten seit mehreren Jahren mehr oder weniger zufriedenStellend erfüllt. Es existiert jedoch noch kein Sensorenkopf, der zusätzlich die Eigenschaft der Druck- und Flaiiiniundurchschlagsicherheit aufweist. Für solche Einsatzbedingungen verwendet man z.Zt. mehrere hintereinandergeschaltete, aber jeweils nicht sichere Durchführungen, z.B. herkömmlicher Sensor mit Schraub- oder Flanschkappe im Meßgeber befestigt, danach Kabeldurch- Führungen und evtl. zusätzlich eine metallische Schutzhaube. Weder die einzelnen Durchführungen noch die Gesamtheit der hintereinandergeschalteten Durchführungen entsprechen den Sicherheitsvorschriften.
  • Besonders kritisch ist die elektrolytische Durchführung, die bei potentiometristhen Messungen mit vom Meßmedium räumlich getrennten Bezugselektroden erforderlich ist (Elektrolytschlüssel) . Wird der im Behälter befindliche Teil des Elektrolytschlüssels (meist aus Glas oder Kunststoff) mit dem Diaphragma zerstört, so wird der Druck des Behälters durch eine meist mehrere Millimeter weite öffnung nach außen übertragen auf einen Schlauch. Wird dieser beschädigt, entströmt das Meßgut mit hohem Druck und großer Geschwindigkeit. Ist das Meßgut ex - plosiv und wird es außerhalb des Behälters entzündet, schlagen die Flammen durch die große Öffnung des Elektrolytschlüssels in den Behälter und können dort zur Explosion führen. Es existiert z.Zt. noch keine elektrolytische Durchführung, die den Anforderungen der Flammendurchschlagsicherheit entspricht.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein druck- und flammendürchschlagsicherer Sensorenkopf zur Befestigung von Sensoren für die Messung elektrischer, elektrochemischer und anderer physikalischer Größen in Druckbehältern und explosionsgefährdeten Bereichen. Dieses Ziel wird mit einem Sensorenkopf gemäß den Patentansprüchen erreicht.
  • Je nachdem, um was für einen Sensor es sich handelt, weisen die erfindungsgemäßen Sensorenköpfe unterschiedliche Merkmale auf.
  • A. Sensorenkopf mit elektronenleitenden, metallischen Durchhfuhrungon (Fig. 2)
  • Für Widerstandsthermometer, ionensensitive Elektroden, pH-Elektroden, Redoxelektroden, pH- oder Redox-Einstabmeßketten, Leitfähigkeitsmeßketten, Doppel-Platinelektroden usw. werden meist zwei, voneinander und vom Gehäuse (10) isolierte,elektrische Leiter (15), (15') vorwondut. Bei Bczugselektroden genügt ein vom Gehäuse isolierter. Leiter.
  • Der in das Gehäuse (10) mit einer Länge d' von > 40 mm eingepreßte Isolationskörper (16) besteht vorzugsweise aus PTFE. Die Einbettung der Leiter (15 ) und (15') in diesen Körper (16) muß, damit die an das erfindungsgemäße Zwischenstück die an es gestellten Forderungen erfüllen kann, über eine Länge von mindestens 40 mm gewährleistet sein.
  • B. Zwischenstück mit Kapillardurchführung, z.B. für Elektrolytschlüssel (Fig. 3)
  • Hier muß der Sensorenkopf eine elektrolytische Durchführung (15") aufweisen, durch welche der Elektrolyt von einem außerhalb des Meßraumes befindlichen Vorratsgefäß in den Elektrolytschlüsselraum nachgeführt werden kann, sowie einen Entlüftungskanal (17) für den Zeitpunkt des Füllens des Elektrolytschlüsselraumes. Sowohl für die Elektrolytdurchführung als auch für den Entlüftungskanal werden vorzugsweise Edelstahlkapillaren verwendet, wobei die Länge der Kapillaren für die Elektrolytdurchführung mindestens 23 mm bei einem Innendurchmesser von ≤ 0,6 mm betragen soll. Der Entlüftungskanal ist vorzugsweise an einer Stelle im Bereich der Schlauchanschlußstelle nach außen geführt,. so daß die Entlüftungsbohrung (18) nach dem Füllen des Elektrolytschlüsselraumes von dem Anschlußschlauch verdeckt und abgedichtet werden kann.
  • Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Zwischenstücke weisen die folgenden gemeinsamen Merkmale auf:
    • a) sie besitzen eine Schraub- oder Flanschverbindung, wie sie bereits bei herkömmlichen Sensorenköpfen, bzw. Behälteranschlüusen üblich sind;
    • b) sie sind am sensorenseitigen Ende so konstruiert, daß sie den jeweiligen Sensor auf die gleiche Weise aufnehmen, wie dies von herkömmlichen Sensorenköpfen bekannt ist; im allgemeinen ist der Sensor in dieses Ende des Gehäuses eingekittet;
    • c) sie sind am anschlußseitigen Ende des Gehäuses so konstruiert, daß sie die Sensoren mit den erforderlichen Anschlüssen verbinden (Steckbuchsen, Schläuche, Kabel u.ä.);
    • d) sie bestehen ausschließlich aus korrosions- und hitzebeständigen Werkstoffen, wie z.B. Edelstahl, Monel, Kunststoffen (PTFE).
  • Mit diesen erfindungsgemäßen Sensorenköpfen wird die angestrebte Druck- und Flammendurchschlagsicherheit dadurch erreicht, daß die diese Sicherheiten bringenden Eigenschaften, bzw..Merkmale an den Ort verlegt sind, der in jedem Falle kritisch ist, nämlich in die Öffnung im Behälter oder Meßgeber, in welcher der Sensor befestigt ist.
  • Es ist klar ersichtlich, daß über die vorstehend erläuterten Sensoren hinaus jeder beliebige andere Sensor mit einem erfindungsgemäßen Zwischenstück ausgerüstet werden kann.

Claims (8)

1. Druck- und flammendurchschlagsicheres Zwischenstück zur Befestigung von Sensoren für die Messung physikalischer Größen in Druckbehältern und in explosionsgefährdeten Bereichen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem länglichen Gehäuse (10) besteht, welches
- mit seinem einen Ende (11)den Sensor (1) fest und dichtend aufnimmt wie ein herkömmlicher Sensorenkopf,
- an seinem anderen Ende (12) so konstruiert ist, daß er koaxial mit herkömmlichen Sensorenköpfen und/oder Kabeln und/oder Steckkontakten oder mit Rohr- oder Schlauchverbindungen o.ä. verbunden werden kann,
- eine Schraub- oder Flanschverbindung (14) aufweist, mittels derer das Zwischenstück wie ein herkömmlicher Sensorenkopf in der Behälterwand, Rohrleitung, Sensorenhalterung o.ä. befestigt werden kann,
daß durch dieses Gehäuse der Leiter (15) dichtend hindurchgeführt ist, und
daß alle Teile dieses Sensorenkopfes aus korrosions- und hitzebeständigen Werkstoffen bestehen.
2. Zwischenstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) ein eine elektrische Größe abgebender Sensor oder eine Bezugselektrode ist, und der oder die Leiter aus elektrisch leitenden Metallstiften (15') bestehen, die au.f einer Länge d von mindestens 40 mm in einem, in das Gehäuse (10) fest eingepreßten, hoch isolierenden Körper (16) fest und dichtend eingebettet sind.
3. Zwischenstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter aus einer druckfesten Kapillare (15") besteht, die mit der Innenwand des Gehäuses (10) dicht verbunden ist.
4. Zwischenstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1") ein Elektrolytschlüssel ist und eine zweite Kapillare (17) als Entlüftung für den Elektrolytschlüsselraum mit der Innenwand des Gehäuses (10) dicht verbunden ist, die während des Betriebs des Elektrolytschlüssels verschlossen werden kann.
5. Zwischenstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Isolationskörper (16) aus einem polymerisierten Fluorkohlenwasserstoff wie Polytetrafluoräthylen besteht.
6. Zwischenstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kapillare (17) am sensorenseitigen Ende des Gehäuses gegenüber der Kapillare (15") verkürzt ist, und im Inneren des Gehäuses (10) an einer Stelle endet, von welcher sie zu einer Entlüftungsbohrung (18) in der Gehäusewand geführt ist.
7. Zwischenstück nach den Ansprüchen 3, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kapillaren aus Edelstahl oder einem anderen hitze- und korrosionsbeständigen Metall bestehen.
8. Zwischenstück nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das anschlußseitige Ende des Gehäuses (10) in Gestalt einer Schlaucholive ausgebildet ist und diese Entlüftungsbohrung (18) an einer Stelle im Bereich dieser Olive liegt.
EP82110890A 1981-12-01 1982-11-25 Druck- und flammendurchschlagsicherer Sensorenkopf Withdrawn EP0081150A3 (de)

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EP0081150A3 EP0081150A3 (de) 1985-05-22

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