NL1005421C2 - Verbeterde inrichting voor het meten van de hoedanigheid van een fluïdum in een vat. - Google Patents

Description

G PEM/MvZ/Meridian2 NL 1005421

VERBETERDE INRICHTING VOOR HET METEN VAN DE HOEDANIGHEID 5 VAN EEN FLUÏDUM IN EEN VAT

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bepalen van de toestand van een fluïdum in een ruimte, omvattende: - een zich binnen de ruimte uitstrekkende 5 meetelektrode; - een in de ruimte geplaatste tweede elektrode; en - een meetschakeling voor het meten van de impedantie tussen de meetelektrode en de tweede elektrode 10 en het uit de impedantie berekenen van de toestand, waarbij de meetelektrode zich tenminste voor een deel onbedekt in de ruimte uitstrekt.

Een dergelijke inrichting is bekend uit WO 96/24823.

15 Deze bekende inrichting levert uitstekende resultaten voor het meten van de hoedanigheid, zoals de vulgraad of de diëlektrische constante van het fluïdum dat zich in het vat bevindt. Hierbij wordt onder fluïdum niet alleen een gas of een vloeistof verstaan, doch ook 20 andere, zich als een fluïdum gedragende stoffen, zoals granulaten en poedervormige stoffen.

Deze bekende inrichting meet niet alleen de capaciteit tussen de meetelektrode en de tweede elektrode, maar tevens de hieraan parallel geschakelde 25 ohme weerstand, oftewel de geleidbaarheid van het produkt tussen de meetelektrode en de tweede elektrode. Het zal duidelijk zijn dat hierdoor het meetresultaat wordt beïnvloed.

Aldus bestaat er behoefte aan een inrichting 3 30 voor het meten van stoffen door middel van andere eigenschappen, zoals de ohmse weerstand. Dit is bijvoorbeeld ook het geval bij stoffen waarbij de diëlektrische 1005421 2 constante maar weinig verschilt van die van lucht of fluïdum.

Bovendien heeft deze bekende inrichting het nadeel dat, wanneer men niet precies de diêlektrische 5 constante kent van de in de ruimte aanwezige stof, het meetsignaal een functie is van de diêlektrische constante van de stof en van de vullingsgraad.

Uiteraard is het hiervoor mogelijk een aparte meet-elektrode aan te brengen die steeds in de stof is 10 ondergedompeld en die dient ter compensatie van de diêlektrische constante, doch dit leidt tot een kostbare en dus minder aantrekkelijke oplossing.

Het doel van de onderhavige is dan ook het verschaffen van een dergelijke inrichting die meer 15 mogelijkheden biedt tot het meten van elektrische eigenschappen van de in de ruimte aanwezige stof.

Dit doel wordt bereikt, doordat het onbedekte deel van de meetelektrode zich slechts over een deel van de hoogte van het vat uitstrekt.

20 Er wordt er hierbij op gewezen dat de uit WO 96/24823 bekende inrichting steeds voorzien is van een elektrode die van een uitwendige beschermende laag is voorzien. Aldus is het hiermee niet mogelijk bijvoorbeeld de ohmse weerstand van in het vat aanwezige stof te 25 meten, aangezien de ohmse weerstand van het beschermende materiaal veelal zo hoog is, dat de hiermee in serie geschakelde weerstand van het materiaal nauwelijks meetbaar is en zeker niet tot meetsignalen kan leiden met de vereiste nauwkeurigheid.

30 De inrichting volgens de uitvinding kan worden toegepast in een ruimte die door een vat wordt begrensd, waarbij de tweede elektrode door tenminste een geleidend deel van de vatwand wordt gevormd.

De inrichting volgens de uitvinding kan tevens 35 worden toegepast in een ruimte, waarbij de tweede elektrode wordt gevormd door aarde of door een zich rondom de meetelektrode uitstrekkende hulpelektrode.

1005421 3

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de inrichting dan ook voorzien van een meetschakeling die is ingericht voor het meten van de ohmse impedantie tussen de meetelektrode en de hulpelektrode. Dit biedt, zoals 5 gesteld is, de mogelijkheid de impedantie van de in het vat aanwezige stof te meten, zodat met bepaalde materiaaleigenschappen tot een beter en nauwkeuriger meetresultaat kan worden gekomen.

Hierbij wordt er op gewezen dat de onderhavige 10 elektrode het tevens mogelijk maakt de capaciteit tussen elektrode en de tweede elektrode te bepalen. Zo kan enerzijds bij een dergelijke inrichting gekozen worden voor de meest geschikte meetmethode, terwijl tevens de mogelijkheid wordt geboden beide meetmethoden afwisselend 15 toe te passen.

Voor een dergelijke situatie is het slechts noodzakelijk dat het onbedekte deel van de meetelektrode zich slechts over een deel van de hoogte van de ruimte uitstrekt. Het is dan immers slechts noodzakelijk om vast 20 te stellen, of de hoedanigheid van het fluïdum zich onder of boven een voorafbepaalde drempelwaarde bevindt.

Bij voorkeur is de elektrode opgenomen in een drager, waarbij de meetelektrode wordt gescheiden van de geaarde delen van de vatwand door een compensatie-elek-25 trode die met de compensatieschakeling is verbonden. Dit betreft de maatregel die op zichzelf reeds bekend is uit de reeds genoemde internationale octrooiaanvrage, doch waarvan de toepassing bij het meten van de ohmse weerstand nieuw is.

30 Volgens weer een andere voorkeursuitvoerings vorm heeft de compensatie-elektrode een mechanisch dragende functie, en is de meetelektrode door middel van een isolerend verbindingselement met de compensatie-elektrode verbonden, waarbij een elektrische verbinding tussen de 35 meetelekrode en de meetschakeling zich door de hol uitgevoerde compensatie-elektrode heen uitstrekt.

In sommige situaties is het gewenst om vast te stellen, of het niveau van het materiaal in het vat zich 1005421 4 onder of boven een bepaalde drempelwaarde bevindt. Dit is bijvoorbeeld van belang bij bepaalde procesregelingen, of het kan van belang zijn bij veiligheidsmaatregelen.

Andere aantrekkelijke voorkeursuitvoeringsvor-5 men blijken uit de overige onderconclusies.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen, waarin voorstellen: figuur l: een gedeeltelijk weggebroken perspec-10 tivisch aanzicht van een vat waarin een inrichting volgens de onderhavige uitvinding is aangebracht; figuur 2: een gedeeltelijk als doorsnede weergegeven aanzicht van een elektrode ten gebruike bij de inrichting volgens de onderhavige uitvinding,· 15 figuur 3: een gedeeltelijk als doorsnede uitgevoerd aanzicht van een variant van een elektrode met een hulpelektrode volgens de uitvinding; en figuur 4: een schema van de elektrische schakeling volgens de onderhavige uitvinding.

20 In figuur 1 is een vat 1 getoond dat van geleidend materiaal is vervaardigd, en waarop een deksel 2 geplaatst is. In het deksel is een elektrode 3 aangebracht die wordt gevormd door een eigenlijke meetelek-trode 4 en een afschermende elektrode 5. De compensatie-25 elektrode 5 is hol uitgevoerd en door de compensatie-elektrode 5 strekt zich een elektrische verbinding 6 uit naar een boven op het deksel aangebrachte aansluitkast 7. De hol uitgevoerde compensatie-elektrode is met een verbinding 8 met de aansluitkast verbonden. Rondom de 30 verbindingen 6, 8 is nog een afschermingselektrode 9 aangebracht die verbonden is met de rest van het huis 1, in het bijzonder met het deksel 2. Het gehele samenstel van vat l, deksel 2 en elektrode 9 is geaard. Hierbij wordt een eventuele kathodische beschermingsinrichting 35 buiten beschouwing gelaten. Ook wanneer een dergelijke kathodische beschermingsinrichting aanwezig is, wordt het gehele bovengenoemde samenstel als voor het meetsysteem geaard beschouwd.

1005421 5

Zoals gesteld is, is de eigenlijke meetelektrode 4 niet van een beschermende laag voorzien, zoals bij de tot de stand van de techniek behorende meetinrichting. Dit heeft tot gevolg dat de elektrode 5 evenals bij de stand van de techniek gebruikt kan worden voor het meten van de capaciteit tussen vatwand en elektrode, maar ook voor het meten van de ohmse weerstand tussen vatwand en elektrode. De voordelen hiervan zijn in de beschrijvingsinleiding aangeduid.

10 Er wordt hierbij op gewezen dat de bescher mingslaag van isolerend materiaal veelal tot functie had de elektrode te beschermen tegen agressieve stoffen die in het vat zijn ondergebracht, en om het zogenaamde "plakken" van granulaatvormige stoffen aan de elektrode 15 te voorkomen bij het leegraken van het vat.

Er wordt hierbij op gewezen dat deze problemen zich in het bijzonder voordeden bij de overgangen tussen de eigenlijke meetelektrode en de compensatie-elektrode en tussen de compensatie-elektrode en het geaarde deel 20 van het vat. Door toepassing van specifieke constructies worden deze problemen vermeden.

Vervolgens zal een dergelijke constructie worden toegelicht aan de hand van figuur 2.

Figuur 2 toont de elektrode 3 in zijn geheel, 25 waarbij het gehele samenstel van meetelektrode 4, compen-satie-elektrode 5 en afschermingselektrode 9 over een doorvoer 10 verbonden is met de kast 7. Het zal duidelijk zijn dat de doorvoer 10 hol is uitgevoerd, aangezien de verbindingen 6 en 8 zich hier doorheen naar de kast 7 30 moeten uitstrekken. De doorvoer 10 is in het algemeen van geleidend materiaal uitgevoerd, en is door middel van bijvoorbeeld een lasverbinding 11 verbonden met de af-schermingselektrode 9. De compensatie-elektrode 5 moet uiteraard elektrisch isolerend zijn opgesteld ten opzich-35 te van de afschermingselektrode 9. Hiertoe wordt gebruik gemaakt van een koppelstuk 12 dat in het onderhavige uit-voeringsvoorbeeld van keramisch materiaal is uitgevoerd. Dergelijke koppelstukken van keramisch materiaal zijn van 40U5421 / 6 een rail 13 voorzien om brugvorming van poeder- of korrelvormig materiaal of van vloeistoffen bij een potenti-aalovergang tussen afschermingselektrode 9 en de compen-satie-elektrode 5 te voorkomen. Voor het bevestigen van 5 beide elektroden 9, respectievelijk 5 aan het koppelstuk 12 kan van verschillende technieken gebruik worden gemaakt; zo is het mogelijk gebruik te maken van een sol-deertechiek, die sinds kort beschikbaar is en die het mogelijk maakt soldeerverbindingen te maken tussen kera-10 mische materialen en metaal. Verder is het mogelijk gebruik te maken van een klem- of krimpverbinding, terwijl het tenslotte mogelijk is gebruik te maken van lijmverbindingen. Andere verbindingsmethoden worden echter geenszins uitgesloten.

15 Een overeenkomstige overweging geldt voor het ver bindingsstuk 14 dat aangebracht tussen de compensatie-elektrode 5 en de eigenlijke meetelektrode 4. Ook hier kunnen dezelfde verbindingsmethoden worden toegepast.

Er wordt er op gewezen dat de uitvinding niet 20 beperkt is door toepassing van keramische koppelstukken; het is evenzeer mogelijk gebruik te maken van koppelstukken van andersoortige materialen, bijvoorbeeld van kunststoffen.

Essentieel is echter wel dat zij een vereiste 25 mechanische stevigheid hebben, tegen veel stoffen bestendig zijn, en voldoende mechanische sterkte bieden.

Tevens wordt er hierbij op gewezen dat bij het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld de meetelektrode 4 zich slechts over een kleine lengte uitstrekt. Dit houdt 30 verband met een specifieke toepassing van de onderhavige uitvinding, waarbij slechts bepaald wordt of een hoedanigheid van de stof zich onder of boven een bepaald punt bevindt; een voorbeeld hiervan is of de vulgraad van het vat met een bepaalde stof een bepaalde drempelwaarde al 35 of niet heeft overschreden. Tevens kan een dergelijke inrichting gebruikt worden voor het meten van de dièlek-trische constante, respectievelijk de weerstand van een 1005421 7 bepaald materiaal. Een dergelijke meting kan bijvoorbeeld een rol spelen bij procesbesturingen.

De onderhavige uitvinding is hiertoe echter geenszins beperkt; het is zeer wel mogelijk, bijvoor-5 beeld, doch niet noodzakelijkerwijs met een langere meetelektrode een signaal op te wekken, waarvan een eigenschap een hoedanigheid van de in het vat aanwezige stof representeert.

Tevens is de uitvinding niet beperkt tot de 10 getoonde elektrode-configuratie; het is mogelijk gebruik te maken van aarde als tweede elektrode; de meetschakeling meet dan tegen aarde.

Volgens weer een andere uitvoeringvorm wordt gebruik gemaakt van een hulpelektrode als tweede 15 elektrode. Een dergelijke uitvoeringsvorm is getoond in figuur 3.

Hierbij is rondom de elektrode 3 een hulpelektrode 25 aangebracht in de vorm van een holle cilinder. Deze holle cilinder 25 is van geleidend materiaal 20 vervaardigd en is met aarde verbonden bij het getekende uitvoeringsvoorbeeld met een flens 26.

In de holle cilinder 25 zijn gaten 27 aangebracht. Deze gaten dienen om het niveau van het materiaal in de ruimte tussen de elektrode 3 en de holle 25 cilinder 25 zo veel mogelijk gelijk te laten zijn aan het niveau van het fluidum in de ruimte buiten de holle cilinder. Dit is immers noodzakelijk voor het verrichten van een het werkelijke niveau zo veel mogelijk representerende meting. Uiteraard is de aanwezigheid van 30 het desbetreffende materiaal in de ruimte tussen de elektrode en de holle cilinder tevens van belang voor het meten van de eigenschappen van het fluïdum.

De belangrijkste functie van de holle cilinder is het kleiner maken van de afstand tussen de 35 meetelektrode en de tweede elektrode. Dit biedt de mogelijkheid ook bij hoge waarden van de soortelijke elektrische weerstand of bij lage waarden van de diêlektrische constante van het fluïdum een betrouwbare 1005421 8 meting uit te voeren binnen het meetbereik van de inrichting.

Een secundaire functie is gelegen in de mechanische bescherming van de eigenlijke meetelektrode, 5 in het bijzonder maar niet uitsluitend in stromende fluïda.

Bij de hierboven genoemde uitvoeringsvoorbeelden is steeds sprake van een meetelektrodenlichaam dat star aan het vat of het deksel 10 van het vat is bevestigd. Het is echter tevens mogelijk het elektrodenlichaam aan een kabel op te hangen. Hierbij behoeft slechts de eigenlijke meetelektrode te worden opgehangen; in verband met de grote afstand tussen de vatwand en meetelektrode kan de compensatie-elektrode 15 vervallen.

Een uitvoeringsvorm van de voor het uitvoeren van de metingen benodigde schakeling is schematisch weergegeven in figuur 4. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een schakeling die bijvoorbeeld ondergebracht is in 20 de aansluitkast 7; het is echter zeer wel mogelijk dat de meetschakeling zich op een ander punt bevindt.

De schakeling omvat in essentie een beveiligingsschakeling 15, een voedings- en conversie-schakeling 16 en een microprocessor 17. Hierbij wordt er 25 op gewezen dat de beveiligingsschakeling 15 door middel van twee smeltelektroden 18 met de voedingsaansluitingen 19 is verbonden. De smeltveiligheden 18 zijn immers noodzakelijk, omdat dit door veiligheidsvoorschriften in een groot aantal landen dwingend wordt voorgeschreven.

30 Bij defect raken van een dergelijke smeltzekering, die veelal op zeer ontoegankelijke plaatsen in de schakeling is opgenomen, bijvoorbeeld is ingegoten, moet de hele schakeling worden verwijderd. Om deze problemen te voorkomen, wordt een elektronische beveiligingsschakeling 35 15 toegepast, die reeds bij een lager niveau van stroom, respectievelijk spanning aanspreekt, hierdoor de schakeling beveiligt, en doorsmelten van de smeltzekeringen 18 weet te vermijden.

1005421 9

De voedingsschakeling 16 dient niet alleen voor het omzetten van het voedingssignaal tot een waarde waarmee de microprocessor 17 en de overige schakelingen kunnen worden gevoed.

5 Een dergelijke schakeling is in principe reeds beschreven in de reeds genoemde octrooiaanvrage met publikatienummer WO 96/24823.

Vervolgens omvat de inrichting een meetschakeling 20 voor het meten van de capaciteit en 10 voor het meten van de ohmse weerstand. De meetschakeling 20 voor het meten van de capaciteit is in essentie reeds beschreven In de reeds genoemde internationale octrooipu-blikatie is reeds een meetschakeling besproken voor het meten van de capaciteit. Voor het meten van de ohmse 15 weerstand wordt gebruik gemaakt van dezelfde schakeling 20 die ook bijvoorbeeld voorzien kan zijn van een klassieke meetbrug. Het is hierbij mogelijk talloze meet-principes toe te passen die aan vaklieden alle duidelijk zullen zijn. Hierbij wordt erop gewezen dat de 20 meetschakeling aldus geschikt is voor het afwisselend uitvoeren van beide meetfuncties, namelijk het meten van de capaciteit tussen de elektroden en het meten van de weerstand tussen de elektroden. Verder omvat de meetinrichting een hulpschakeling 21 die het van de 25 meetschakeling 20 ontvangen signaal omzet in een de ohmse weerstand representerend signaal.

Beide meetschakelingen 20 en 21 worden bestuurd door de keuzeschakeling 22 die de meetschakeling 20 de ohmse weerstand of de capaciteit kan laten meten.

30 Hierbij wordt er op gewezen dat zowel de meetelektrode 4, de compensatie-elektrode 5 en de aardelektrode 9 verbonden zijn met de meetschakeling 20. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een aardverbinding 23.

Het zal duidelijk zijn dat het met de aldus 35 getoonde inrichting mogelijk is zowel de capaciteit als de ohmse weerstand te meten.

In sommige situaties zal het niet noodzakelijk zijn beide grootheden te meten; het desbetreffende deel 1005421 10 van de schakeling kan dan achterwege worden gelaten. In andere situaties is het aantrekkelijk beide elementen te meten; hiertoe kan de microprocessor 17 zodanig worden geprogrammeerd, dat de meetschakeling 20 afwisselend 5 ohmse weerstand en capaciteit meet. De hieruit resulterende meetsignalen kunnen vervolgens in de microprocessor 17 worden bewerkt en worden omgezet in desbetreffende informatiesignalen die via de voedingslijnen 19 kunnen worden doorgegeven naar de niet in de tekening weerge-10 geven centrale bewerkingsschakeling.

Er wordt hierbij op gewezen dat genoemd schema de schakeling slechts zeer schematisch weergeeft; het zal duidelijk zijn dat de schakeling veel gedetailleerder is uitgevoerd; de hiertoe noodzakelijke vakkennis zal echter 15 bekend zijn aan een desbetreffende vakman.

Overigens wordt er nog op gewezen dat tussen de microprocessor 17 en de meetschakelingen 20, 21 en 22 uiteraard een galvanische scheiding aanwezig is om een noodzakelijke galvanische scheiding tussen het geaarde 20 vat en de overige meetsignalen te verkrijgen. Deze galvanische scheiding kan overigens ook op andere plaatsen in de schakeling worden aangebracht.

Als laatste wordt er op gewezen dat het uiteraard mogelijk is niet gebruikte onderdelen uit deze 25 schakelingen achterwege te laten.

1005421

Claims (15)

1. Inrichting voor het bepalen van de toestand van een fluïdum in een ruimte, omvattende: - een zich binnen de ruimte uitstrekkende meetelektrode; 5. een in de ruimte geplaatste tweede elektrode; en - een meetschakeling voor het meten van de impedantie tussen de meetelektrode en de tweede elektrode en het uit de impedantie berekenen van de toestand, 10 waarbij de meetelektrode zich tenminste voor een deel onbedekt in de ruimte uitstrekt, met het kenmerk, dat het onbedekte deel van de meetelektrode zich slechts over een deel van de hoogte van het vat uitstrekt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat de ruimte een vat is en dat de tweede elektrode door tenminste een geleidend deel van de vatwand wordt gevormd.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede elektrode wordt gevormd door een 20 de meetelektrode omringende hulpelektrode.

4. Inrichting volgens een van de conclusies l, 2 of 3, met het kenmerk, dat de meetschakeling is ingericht voor het meten van de ohmse impedantie tussen de meetelektrode en de tweede elektrode.

5. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektrode is opgenomen in een drager, waarbij de meetelektrode gescheiden wordt van geaarde delen van de vatwand door een compensatie-elektrode die met een compensatieschake-30 ling is verbonden.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de compensatie-elektrode een mechanisch dragende functie heeft, dat de meetelektrode door middel van een isolerend verbindingselement met de compensatie-35 elektrode is verbonden, en dat een elektrische verbinding 1005421 tussen de meetelektrode en de meetschakeling zich door de hol uitgevoerde compensatie-elektrode heen uitstrekt.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de compensatie-elektrode door middel van een 5 isolerend verbindingselement en een holle, een dragende functie hebbende aardelektrode met de vatwand is verbonden.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of7, met het kenmerk, dat het verbindingselement van keramisch materi- 10 aal is vervaardigd.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de meetelektrode en de compensatie-elektrode door middel van solderen met het verbindingselement zijn verbonden.

10. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de elektroden door middel van een krimp-verbinding met het verbindingselement zijn verbonden.

11. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de meetschakeling is 20 ingericht voor het vaststellen of de hoedanigheid van het fluidum zich onder of boven een voorafbepaalde drempelwaarde bevindt.

12. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de meetschakeling is 25 ingericht voor het tevens meten van de capaciteit tussen de meetelektrode en de tweede elektrode.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de meetschakeling is ingericht voor het afwisselend meten van de capaciteit en de ohmse weerstand 30 en het hieruit berekenen van de hoedanigheid van het fluïdum.

14. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektrode door middel van een kabel met de meetschakeling is verbonden, en dat 35 tussen de meetschakeling en de kabel een extra, elektronisch uitgevoerde beveiligingsschakeling is opgenomen.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de beveiligingsschakeling is ingericht om ' 1005421 '' aan te spreken op waarden die lager zijn dan de aanspreekwaarden van de volgens de voorschriften aanwezige, thermisch uitgevoerde beveiligingselementen. 1005421