WO2006128721A2

WO2006128721A2 - Kapazitive niveausonde

Info

Publication number: WO2006128721A2
Application number: PCT/EP2006/005300
Authority: WO
Inventors: Holger Schröter; Kerstin Borchers; Andreas Kulman
Original assignee: Gestra Ag
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2006-12-07
Also published as: WO2006128721A3; CN100554893C; US20080307882A1; DE102005025576A1; CN101189493A; EP1891402A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Niveausonde, insbesondere zur Messung der Füllhöhe eines flüssigen Mediums, mit einem Anschlussstück (14), einer mit dem Anschlussstück (14) verbundenen und über das Anschlussstück (14) hinausragenden Elektrode (12), die ein Fühlerelement (28) umfasst, einer Isolierhülle (16), die das Fühlerelement (28) radial vollständig umgibt, wobei die Isolierhülle (16) in einem Kontaktbereich (30) an der Elektrode (12) anliegt und wobei Elektrode (12) und Isolierhülle (16) so ausgebildet sind, dass im Kontaktbereich (30) vorhandenes Gas (56) bei einem Druckgefälle zwischen Kontaktbereich (30) und Umgebung der Niveausonde (10) aus dem Kontaktbereich (30) auf einem Strömungspfad (51 ) aus dem Kontaktbereich (30) strömt. Erfindungsgemäß ist die Isolierhülle (16) derart ausgebildet, dass der Strömungspfad durch mindestens eine Öffnung (32) in der Isolierhülle (16) oder vollständig zwischen Elektrode (12) und Isolierhülle (16) verläuft. Die Erfindung betrifft ferner einen Behälter für flüssiges Medium mit einer derartigen Niveausonde.

Description

Kapazitive Niveausonde

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Niveausonde, insbesondere zur Messung der Füllhöhe eines flüssigen Mediums mit: einem Anschlussstück, einer mit dem Anschlussstück verbundenen und über das Anschlussstück hinausragenden Elektrode, die ein Fühlerelement umfasst, einer Isolierhülle, die das Fühlerele- ment radial vollständig umgibt, wobei die Isolierhülle in einem Kontaktbereich an der Elektrode anliegt und wobei Elektrode und Isolierhülle so ausgebildet sind, dass im Kontaktbereich vorhandenes Gas bei einem Druckgefälle zwischen Kontaktbereich und Umgebung der Niveausonde aus dem Kontaktbereich auf einem Strömungspfad aus dem Kontaktbereich strömt.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Behälter für flüssiges Medium.

Bekannt sind kapazitive Niveausonden zur Messung der Füllhöhe von flüssigem Medium. Dazu ragt eine Elektrode der Niveausonde in einen Behälter, in dem die

Füllhöhe des flüssigen Mediums bestimmt werden soll. Die Länge der Elektrode wird dabei meist so gewählt, dass das flüssige Medium die Elektrode gerade benetzt, wenn der niedrigst mögliche Füllstand erreicht ist und dass die Elektrode im Wesentlichen vollständig benetzt ist, wenn das flüssige Medium den höchst möglichen Füllstand hat.

Die Elektrode ist elektrisch gegen die Umgebung isoliert. Die Elektrode bildet daher mit der Umgebung einen Kondensator, dessen Kapazität einerseits von der Geometrie der Umgebung und der Elektrode abhängt. Andererseits hängt die Kapazität des von Elektrode und Umgebung gebildeten Kondensators von der Dielektrizitätskonstante der Umgebung ab. Die meisten flüssigen Medien haben eine Dielektrizitätskonstante, die deutlich größer ist als eins. Wenn das Medium also den höchsten möglichen Füllstand aufweist, ist die Elektrode zu einem großen Teil von flüssigem Medium mit einer hohen Dielektrizitätskonstante um- geben. Es ergibt sich so eine hohe Kapazität. Ist der Füllstand hingegen gering, so ergibt sich eine geringere Kapazität. Sofern sich also bei gegebener Geometrie von Elektrode und Behälter die Dielektrizitätskonstante des flüssigen Mediums nicht ändert, kann aus der Kapazität des von der Elektrode und der Umgebung gebildeten Kondensators die Füllhöhe des flüssigen Mediums ermittelt werden.

Damit die Kapazität gemessen werden kann, ist es notwendig, dass die Elektrode gegen die Umgebung elektrisch isoliert ist. Hierzu wird die Elektrode mit einer Isolierhülle überzogen. Es hat sich nun gezeigt, dass flüssiges Medium durch diese Isolierhülle diffundieren kann. Es kommt daher zu Ansammlungen kleinerer Mengen flüssigen Mediums zwischen der Elektrode und der Isolierhülle.

Wenn in dem Behälter, in dem die Füllhöhe des flüssigen Mediums gemessen werden soll, der Druck unter den Dampfdruck des flüssigen Mediums absinkt, verdampft das flüssige Medium zwischen Isolierhülle und Elektrode schlagartig und baut dabei einen beträchtlichen Druck zwischen Elektrode und Isolierhülle auf: Dadurch kann die Isolierhülle beschädigt oder gar zerstört werden.

Aus der DE 30 26 342 ist eine kapazitive Niveausonde bekannt, deren Elektrode in der Mitte einen in Längsrichtung verlaufenden Kanal aufweist, der über radiale Stichkanäle mit dem Bereich zwischen Isolierhülle und Elektrodenaußenfläche verbunden ist. In den Zwischenraum zwischen Isolierhülle und Elektrode diffundiert flüssiges Medium und diffundiert weiter durch diesen Kanal und aus dem Behälter hinaus, so dass es nicht zu den geschilderten Beschädigungen kom- men kann.

Nachteilig an einer derartigen Niveausonde ist, dass durch den Kanal eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Behälters, in dem sich das flüssige Medium befindet, dessen Füllstand gemessen werden soll, und dem Außenraum des Behälters hergestellt wird. Nachteilig ist zudem der hohe Fertigungsaufwand, da die Elektrode innen hohl und mit Stichkanälen ausgeführt werden muss. Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu überwinden.

Die Erfindung löst das technische Problem durch eine gattungsgemäße kapaziti- ve Niveausonde, bei der die Isolierhülle so ausgebildet ist, dass der Strömungspfad (i) durch mindestens eine Öffnung in der Isolierhülle oder (ii) vollständig zwischen Elektrode und Isolierhülle verläuft.

Ferner löst die Erfindung das Problem durch einen Behälter für flüssiges Medi- um, der eine derartige kapazitive Niveausonde umfasst.

Unter einem Strömungspfad wird dabei der Weg verstanden, den eine Gasblase aus dem Bereich zwischen Isolierhülle und Elektrode in die Umgebung der Niveausonde nimmt. Je nachdem, wo sich die Gasblase befindet, können sich daher unterschiedliche Wege der Gasblase ergeben. Erfindungsgemäß ist also insbesondere eine gattungsgemäße Niveausonde, bei der alle Gasblasen, unabhängig von dem Ort im Kontaktbereich, an dem sie entstehen, durch mindestens eine Öffnung in der Isolierhülle oder vollständig zwischen Elektrode und Isolierhülle strömen, bevor sie in die Umgebung entweichen.

Eine Öffnung in der Isolierhülle liegt vor, wenn der Strömungspfad stets unmittelbar benachbart zur Isolierhülle und dann durch sie hindurch verläuft. Eine Öffnung in der Isolierhülle liegt beispielweise dann nicht vor, wenn die Isolierhülle die Elektrode vollständig anliegend umgibt, die Elektrode selbst aber hohl ist und der Strömungspfad durch die Hohlelektrode verläuft. Eine Öffnung kann beispielsweise ein Schlitz oder ein Loch in der Isolierhülle sein.

Ist die kapazitive Niveausonde so an einem Behälter angebracht, dass die Elektrode in den Behälter hineinragt und fällt im Behälter der Druck schlagartig unter den Dampfdruck des flüssigen Mediums ab, so kann eine entstehende Gasblase im Zwischenraum zwischen Elektrode und Isolierhülle entlang strömen und gelangt, gegebenenfalls durch eine Öffnung in der Isolierhülle, in den Behälter. Hieran ist vorteilhaft, dass die Gasblase nicht aus dem Behälter hinausgelangt. - A -

Eine derartige kapazitive Niveausonde ist zudem leicht zu fertigen und daher kostengünstig.

Bevorzugt ist das Anschlussstück derart ausgebildet, dass die Niveausonde an einer Wandung derart befestigbar ist, dass sich das Fühlerelement auf einer Seite der Wandung befindet, und die Isolierhülle derart ausgebildet ist, dass der Strömungspfad in Einbaulage der Niveausonde auf dieser Seite der Wandung in die Umgebung der Niveausonde mündet.

Bevorzugt ist die Öffnung in der Isolierhülle jenseits des Anschlussstücks auf der gleichen Seite wie das Fühlerelement angeordnet. Hierdurch wird erreicht, dass die Niveausonde druckdicht in einem Behälter befestigbar ist. Bei Beschädigung der Isolierhülle kann so kein flüssiges Medium aus dem Behälter gelangen. Das ist vorteilhaft wenn das flüssige Medium beispielsweise toxisch ist. Umgekehrt können auch keine Stoffe in den Behälter gelangen, was beispielsweise dann vorteilhaft ist, wenn das Innere des Behälters steril bleiben soll.

Bevorzugt ist die Elektrode lediglich in einem über das Anschlussstück hinausra- genden Abschnitt mit einer Isolierhülle umgeben. In diesem Fall ist zumindest das Fühlerelement von der Isolierhülle umgeben. Hierdurch wird sichergestellt, dass kein Kurzschluss mit dem flüssigen Medium entsteht. Die Isolierhülle braucht jedoch nicht wesentlich über das Fühlerelement hinauszuragen. Hierdurch kann ein (gegen das Fühlerelement elektrisch isolierter) Abschnitt der Elektrode und der Isolierhülle frei bleiben. An der Stelle, an der die Isolierhülle endet, kann dann eine Gasblase aus dem Zwischenraum zwischen Isolierhülle und Elektrode austreten.

Bevorzugt ist die Isolierhülle schlauchförmig. Eine derartige Isolierhülle ist leicht zu fertigen, was zu geringen Fertigungskosten führt.

Bevorzugt ist die Öffnung in einem dem Anschlussstück zugewandten Abschnitt der Isolierhülle vorgesehen. Das ist für den Fall vorteilhaft, dass die Niveausonde im Wesentlichen von oben in den Behälter hineinragt, in dem sich das flüssige Medium befindet, dessen Füllstand gemessen werden soll. In einem solchen Fall ist beim Maximalfüllstand die Elektrode weitgehend von flüssigem Medium umgeben.

Alternativ kann die Öffnung in einem dem Anschlussstück abgewandten Abschnitt der Isolierhülle vorgesehen sein. Eine derartige Niveausonde wird dann vorteilhaft eingesetzt, wenn die Niveausonde von unten an einen Behälter montiert werden soll, so dass die Elektrode nach oben ragt. In diesem Fall ist bei einem niedrigen Füllstand des flüssigen Mediums zunächst der dem Anschlussstück zugewandte Abschnitt der Isolierhülle mit flüssigem Medium benetzt. In beiden Fällen ist es günstig, die Öffnung so vorzusehen, dass bei keinem Füllstand flüssiges Medium in dem Bereich der Isolierhülle steht, in dem sich die Öffnung befindet.

Bevorzugt enthält die Isolierhülle Polytetrafluorethylen, besonders bevorzugt besteht die Isolierhülle aus Polytetrafluorethylen. Polytetrafluorethylen ist auch unter „Teflon" bekannt und weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf. An Teflonoberflächen lagern sich zudem kaum Schmutzstoffe ab, so dass die Verschmutzungsgefahr der Isolierhülle gering ist. Polytetrafluorethylen ist zudem für die meisten flüssigen Medien weitgehend undurchlässig, so dass lediglich geringe Mengen flüssigen Mediums durch die Isolierhülle diffundieren können.

Bevorzugt liegt die Isolierhülle über ihre gesamte Länge am Fühlerelement an.

Bevorzugt ist das Fühlerelement als gerader Metallstab oder gerades Metallrohr gebildet. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Fertigung, woraus sich wiederum Kostenvorteile ergeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Isolierhülle mindestens einen Schlitz auf. Ein Schlitz entsteht, wenn beabstandet von einem Rand der Isolierhülle das Material der Isolierhülle aufgetrennt wird, ohne das Material entnom- men wird. Ein Schlitz kann gradlinig oder ungradlinig sein. Bevorzugt ist ein gradliniger Schlitz vorgesehen.

Bevorzugt ist, dass der Schlitz an einer Stelle vorhanden ist, die in Einbaulage der Niveausonde nicht mit dem flüssigen Medium in Kontakt kommt. Hierdurch wird sichergestellt, dass kein flüssiges Medium durch den Schlitz in den Raum zwischen Isolierhülle und Elektrode gelangen kann. Insbesondere dann, wenn das flüssige Medium elektrisch nicht leitend ist, ist es aber auch möglich, den

Schlitz an einer Stelle der Isolierhülle vorzusehen, die in Einbaulage der Niveau- sonde mit flüssigem Medium in Kontakt kommt.

Besonders bevorzugt weist die kapazitive Niveausonde einen Verschluss auf mit: einem äußeren Hülsenelement, das einen Innendurchmesser aufweist, der in einem ersten, der Elektrode zugewandten Abschnitt um einen solchen Betrag größer ist als der Außendurchmesser der von der Isolierhülle umgebenden Elektrode, so dass eine Spielpassung gebildet wird, und in einem zweiten, an den ersten Abschnitt angrenzenden Abschnitt zunimmt und einem zumindest teilweise im äußeren Hülsenelement angeordneten inneren Hülsenelement, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Elektrode, so dass inneres Hülsenelement und Elektrode eine Spielpassung bilden, dessen Außendurchmesser an einer dem ersten Abschnitt des äußeren Hülsenelements zugewandten ersten Seite kleiner ist als der Innendurchmesser des äußeren Hülsenelements, dessen Außendurchmesser zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite zunimmt und auf der gegenüberliegenden zweiten Seite kleiner ist als der maximale Innendurchmesser des äußeren Hülsenelements, wobei das innere Hülsenelement mit einem Gewinde versehen ist und in das ebenfalls mit einem Gewinde versehene äußere Hülsenelement so einschraubbar ist, dass eine sich zwischen dem inneren und dem äußeren Hülsenelement befindliche Isolierhülle geklemmt und das innere Hülsenelement auf die Elektrode gedrückt wird.

Vorteilhaft hieran ist, dass der Verschluss durch Auseinanderschrauben von innerem und äußerem Hülsenelement die zwischen ihnen geklemmte Isolierhülle freigibt, so dass die Hülsenelemente von dem Fühlerelement der Elektrode ab- gezogen werden können. Anschließend kann das Fühlerelement und die Isolierhülle gekürzt, beispielsweise abgesägt werden. Nachfolgend wird der Verschluss wieder flüssigkeitsdicht aufgesetzt und befestigt. Hierdurch ist es möglich, das Fühlerelement jederzeit zu kürzen, sofern es notwendig ist. Es ist durch diese Ausgestaltung ausreichend, lediglich Kapazitätssonden mit einer Elektrodenbzw. Fühlerelementlänge herzustellen, da der Verwender die ideale Länge selbst festlegen kann. Auf diese Weise ergibt sich eine reduzierte Lagerhaltung und eine vereinfachte Fertigung.

Bevorzugt weist die Niveausonde Messmittel zum Messen der Kapazität der Elektrode gegen eine Gegenelektrode, insbesondere gegen einen Behälter auf. Vorteilhafterweise ist dabei die Gegenelektrode von dieser Elektrode beabstandet und gegen diese Elektrode elektrisch isoliert.

Besonders bevorzugt ist diese Gegenelektrode hohlzylinderförmig und konzentrisch zur Elektrode angeordnet.

In einer günstigen Ausgestaltung ist eine weitere isolierende Schutzhülle vorgesehen, die die Elektrode einschließlich der Isolierhülle radial vollständig umgibt. Eine solche weitere Schutzhülle weist selbst auch elektrisch isolierende Eigenschaften auf und kann hierdurch einen Parallelwiderstand, der sich bei der kapazitiven Messung parallel zu der Kapazität in unerwünschter Weise einstellt, erhöhen. Eine Leitfähigkeit zwischen Elektrode und Gegenelektrode wird grundsätzlich nur durch das Medium hervorgerufen. Die Isolationshülle als auch die Schutzhülle sollen dieser Leitfähigkeit entgegentreten und für einen möglichst hohen Parallelwiderstand sorgen. Die Erhöhung des Parallelwiderstands kann somit einerseits durch die höhere Dicke erreicht werden, die durch die überein- anderliegende Isolierhülle und Schutzhülle bedingt ist. Andererseits ergeben sich im Falle kleiner Leckagen zur Elektrode hin längere Wege für einen etwaigen Kriechstrom und somit einen höherer Parallelwiderstand, da etwaiger Kriechstrom zusätzlich zwischen der Isolierhülle und der Schutzhülle fließen muss, um von der Elektrode zur Gegenelektrode zu gelangen. Weiterhin kann auch eine mechanische Verstärkung durch die zusätzliche Schutzhülle erreicht werden. Zum einen werden mechanische Belastungen von außen gegen die Isolierhülle durch die Schutzhülle abgewehrt. Andererseits stärkt auch die zusätzliche Schutzhülle die Isolierhülle für den Fall, wenn sich zwischen Elektrode und Isolierhülle eine Gasblase ausbildet. Eine durch eine solche Gasblase temporär auftretende Wölbung der Isolierhülle nach außen kann somit durch die zusätzliche Schutzhülle kleingehalten werden, um die hiermit verbundene Belastung auf die Isolierhülle gering zu halten und ein Austreten der Gasblase durch eine Öffnung zu begünstigen.

Vorzugsweise liegt die Schutzhülle hierfür an der Isolationshülle eng an, soweit die Schutzhülle die Isolierhülle umgibt. Das enge Anliegen verhindert einen Zwischenraum zwischen der Isolierhülle und der Schutzhülle und reduziert dadurch das Eindringen des Mediums zwischen Isolier- und Schutzhülle auf ein Minimum. Die Schutzhülle kann sich in axialer Richtung über Bereiche erstrecken, in denen keine Isolierhülle vorgesehen ist, so dass in diesen Bereichen die Schutzhülle auch nicht an der Isolierhülle eng anliegen kann.

Günstig ist es, wenn sich die Schutzhülle in axialer Richtung von dem dem An- schlussstück abgewandten Ende der Elektrode oder einem bzw. dem an diesem Ende der Elektrode angeordneten Verschluss bis etwa zu einer bzw. der Öffnung der Isolierhülle erstreckt. Dadurch, dass sich die Schutzhülle von dem Verschluss aus erstreckt, kann hier auch zwischen Verschluss und Schutzhülle eine Abdichtung erreicht werden. In axialer Richtung sollte sich die Schutzhülle mög- liehst weit bis zu einer Öffnung erstrecken, um die Vorzüge der Schutzhülle möglichst weit ausnutzen zu können. Jedoch sollte die Schutzhülle dabei die Öffnung in der Isolierhülle nicht verschließen und somit nur etwa bis an diese Öffnung heranragen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die kapazitive Niveausonde gekennzeichnet durch einen Verschluss durch den dem Anschlussstück abgewandten Ende der Elektrode zum Verhindern, dass Medium zwischen die Elektrode und die Isolierhülle und/oder die Schutzhülle eintritt und dieser Verschluss eine auf dem Elektrodenende aufgesetzte Isolationshülse mit einer geschlossenen Stirnfläche zum Isolieren des Elektrodenendes gegen das Medium, ein Befestigungsmittel zum abdichtenden Befestigen der Isolierhülle und/oder der Schutzhülle an der Isolationshülse aufweist. Durch die aufgesetzte Isolationshülse, die eine ge- schlossene Stirnseite aufweist und außerdem das Ende der Elektrode radial umschließt wird das Ende der Elektrode gegen das Medium isoliert. Zum Abdichten der Elektrode im weiteren braucht nur die Isolierhülle und/oder die Schutzhülle an der Isolationshülse abdichtend befestigt zu werden, wodurch die Elektrode insgesamt gegen das Medium abgedichtet ist, soweit jedenfalls die Isolierhülle bzw. die Schutzhülle sich zum Anschlussstück hin erstreckt.

Die Isolationshülse kann auf einfache Weise an dem Ende der Elektrode befestigt werden, wie beispielsweise durch ein Nut- und Federprinzip. Die Isolationshülse könnte also beispielsweise einen nach innen weisenden Vorsprung wie eine Feder aufweisen, die beim Aufschieben formschlüssig in eine Vertiefung, wie beispielsweise eine Nut einrastet. Beim Kürzen der Elektrode kann eine solche Vertiefung an der neuen Stelle auf einfache Weise vorgenommen werden.

Günstigerweise ist das Befestigungsmittel als Spannmittel, insbesondere als Feder ausgebildet. Das abdichtende Befestigen kann somit durch Verspannen erreicht werden, wodurch eine einfache und dabei lösbare Verbindung erreicht werden kann.

In einer Variante kann die Isolationshülse mit der Schutzhülle einstückig ausge- bildet werden. Die Schutzhülle zusammen mit der Isolationshülse bildet somit einen etwa schlauchartigen an einer Seite geschlossenen Körper, der über die Elektrode und die Isolierhülle von dem dem Anschlussstück abgewandten Ende aus geschoben werden kann.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung ist der Verschluss dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationshülse etwa einem der Isolierhülle entsprechenden Außendurchmesser aufweist, die Schutzhülle die Isolationshülse radial eng umschließt und sich axial bis über zumindest einen Teil der Isolierhülle erstreckt und eine Spiralfeder die Schutzhülle im Bereich der Isolationshülse umschließt um die Schutzhülle abdichtend gegen die Isolationshülse zu pressen. Hierbei kann ein Verschluss auf einfache Weise angebracht werden, wenn die Elektrode eine Isolierhülle aufweist, aus der ihr Ende ein wenig herausragt. Es braucht zunächst nur die Isolationshülse auf das Elektrodenende geschoben zu werden. Bei gleichem Außendurchmesser von Isolationshülse und Isolierhülle ergibt sich somit eventuell mit Ausnahme eines Zwischenraumes in axialer Richtung ein gleichbleibender Außendurchmesser. Somit kann über die Isolationshülse und die Isolierhülle eine gemeinsame Schutzhülle geschoben werden. Die Hülle liegt eng und dicht sowohl um die Isolierhülle als auch um die Isolationshülse. Zur zusätzlichen Befestigung der Schutzhülse an der Isolationshülse wird auf einfache Weise eine Spiralfeder über die Schutzhülle in diesem Bereich angeordnet. Eine Unterstützung der Befestigung der Schutzhülle auf die Isolierhülle ist nicht erforderlich, da die beiden Hüllen in axialer Richtung einen langen Kontaktbe- reich aufweisen, der ausreichend Halt bietet. Im übrigen soll auch eine zumindest geringe Bewegung zwischen den beiden Hüllen möglich sein, um hierdurch beispielsweise Verspannungen zu vermeiden.

Ein solcher Verschluss ist auf einfache Weise und somit auch kostengünstig erreichbar. Die Verwendung nur weniger Elemente verhindert zudem Verspannungen der Elemente untereinander. Solche Verspannungen können gerade bei Anwendungen mit großen Temperaturschwankungen leicht auftreten. Insbesondere bei sehr starr miteinander verbundenen Elementen führen solche Spannungen leicht zu Ermüdungserscheinungen, was beispielsweise Undichtigkeiten nach sich ziehen kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 eine Niveausonde nach dem Stand der Technik,

Figur 2 eine erfindungsgemäße Niveausonde im Querschnitt, Figur 3 einen Verschluss einer erfindungsgemäßen Niveausonde gemäß Figur 2 im Querschnitt,

Figur 4a eine schematische Darstellung eines Schlitzes in einer erfindungsgemäßen Niveausonde in Frontansicht,

Figur 4b eine schematische Darstellung des Schlitzes aus Figur 4a entlang des Schnitts A-A;

Figur 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niveausonde;

Figur 6 eine erfindungsgemäße Niveausonde wie in Figur 2, jedoch mit zu- sätzlicher Schutzhülle;

Figur 7 einen Verschluss wie in Figur 3, jedoch mit zusätzlicher Schutzhülle; und

Figur 8 einen Verschluss gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer seitlichen, teilweise aufgeschnittenen Ansicht.

Figur 1 zeigt eine Niveausonde 10 nach dem Stand der Technik. Die Niveausonde umfasst eine Elektrode 12, ein Anschlussstück 14 und eine Isolierhülle 16. Die Elektrode 12 ragt in einen Behälter 18, in dem sich hier nicht eingezeichnetes flüssiges Medium befindet, dessen Füllhöhe bestimmt werden soll. Der Flüssigkeitspegel des flüssigen Mediums bei maximaler Füllhöhe ist durch einen Pfeil 20 dargestellt. Die Elektrode 12 besteht aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Metallrohr, das radial vollständig von der Isolierhülle 16 umgeben ist.

An der tiefsten Stelle, d. h. dort, wo die Benetzung mit Flüssigkeit bei sinkender Füllhöhe zuletzt endet, ist die Isolierhülle 16 mit einem Verschlussstück 22 so verschweißt, dass die Isolierhülle 16 druckdicht ist.

Die Isolierung 16 verläuft teilweise um das Anschlussstück 14 und umgibt die Elektrode 12 im Wesentlichen vollständig. Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Niveausonde 10. Das Anschlussstück 14 ist ausgebildet, um die Niveausonde 10 an einer Wandung 24 zu befestigen. Hierzu weist das Anschlussstück 14 ein Außengewinde auf, das in ein Innengewinde der Wandung 24 eingreift. Wandung 24 und Anschlussstück 14 sind über einen Metall-Dichtring 26 oder eine andere Art einer Dichtung gegeneinander abgedichtet.

In der in Figur 2 gezeigten Niveausonde 10 ist die Elektrode 12 als ein Fühlerelement 28 ausgebildet, das von der Isolierhülle 16 radial vollständig umgeben wird. Dabei liegt die schlauchförmig ausgebildete Isolierhülle 16 in einem Kontaktbereich 30 an der Elektrode 12 an. Der Kontaktbereich 30 ist der Bereich, in dem die Isolierhülle 16 und Elektrode 12 miteinander in Kontakt stehen, hier also die Oberfläche der im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Elektrode 12.

Jenseits des Anschlussstücks 14 ist auf der gleichen Seite wie das Fühlerelement 28 ein Schlitz 32 in der Isolierhülle 16 vorgesehen. Der Schlitz 32 ist in Figur 2 in der Vergrößerung dargestellt. Der Schlitz 32 befindet sich in einem dem Anschlussstück 14 zugewandten Abschnitt 34 der Isolierhülle 16 außerhalb des Messbereichs, der bis knapp unterhalb des Schlitzes 32 reicht.

Am vom Anschlussstück 14 beabstandeten Ende der Elektrode 12 ist ein Verschluss 36 angeordnet, der die Isolierhülle 16 an dieser Stelle gegen den Eintritt von flüssigem Medium abdichtet.

Figur 3 zeigt den Verschluss 36 in einer schematisierten Vergrößerung. Der Verschluss 36 weist ein äußeres Hülsenelement 38 und ein inneres Hülsenelement 40 auf. Das äußere Hülsenelement 38 besitzt eine Längsbohrung 42 in einem der Elektrode zugewandten ersten Abschnitt 44. Der Innendurchmesser des äußeren Hülsenelements 38 ist im ersten Abschnitt 44 um einen kleinen Betrag größer als der Außendurchmesser von der Isolierhülle 16, so dass das äußere Hülsenelement 38 entlang der mit der Isolierhülle 16 versehenen Elektrode 12 verschieblich ist. An dem ersten Abschnitt 44 schließt ein zweiter Abschnitt 46 an. In diesem zweiten Abschnitt 46 nimmt der Innendurchmesser des äußeren Hülsenelements 38 zu. Am äußersten Ende des zweiten Abschnitts 46 weist das äußere Hülsenelement 38 ein Innengewinde 48 auf.

Das innere Hülsenelement 40 ragt in das äußere Hülsenelement 38 hinein, so dass die dem (in Figur 3 nicht dargestellten) Anschlussstück 14 zugewandte Seite an dem ersten Abschnitt 44 des äußeren Hülsenelements 38 angrenzt. Das innere Hülsenelement 40 weist ein Sackloch mit einem Innengewinde auf, so dass das innere Hülsenelement 40 mit einem an der Elektrode 12 vorgesehenen Außengewinde verbindbar bzw. verschraubbar ist.

Der Außendurchmesser des inneren Hülsenelements 40 nimmt von einer dem (in Figur 3 nicht dargestellten) Anschlussstück 14 zugewandten ersten Seite 50 zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite 52 stetig zu, so dass eine konische Außenfläche entsteht. Im an die zweite Seite 52 angrenzenden Abschnitt weist das innere Hülsenelement 40 ein Außengewinde 54 auf, das mit dem Innengewinde 48 des äußeren Hülsenelements 38 zusammenwirkt.

Zwischen dem an der ersten Seite 50 des inneren Hülsenelements 40 benachbarten konischen Abschnitt und dem zweiten Abschnitt 46 des äußeren Hülsenelements 38 wird die Isolierhülle 16 geklemmt, wenn die beiden Hülsenelement 38, 40 über das Innengewinde 48 bzw. das Außengewinde 54 gegeneinander verspannt werden. Durch den Druck, den das äußere Hülsenelement 38 auf das innere Hülsenelement 40 ausübt, wird zudem der Verschluss 36 als Ganzes auf die Elektrode 12 gedrückt, so dass Elektrode 12 und Verschluss 36 zueinander unverschieblich sind.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel ist an der inneren konisch ausgebil- deten Wandung des äußeren Hülsenelements 38 im Bereich des konischen Abschnitts des inneren Hülsenelements 40 eine radial umlaufende Nut 60 vorgesehen, welche einen O-Ring 62 trägt. Dieser O-Ring 62 befindet sich somit an einer Stelle, an der die Isolierhülle 16 eingeklemmt wird. Hierdurch wird eine zusätzliche Abdichtung geschaffen.

Um die Elektrode 12 zu kürzen, werden äußeres Hülsenelement 38 und inneres Hülsenelement 40 voneinander gelöst und von der Elektrode 12 abgezogen. Anschließend kann die Elektrode abgesägt und der Verschluss wieder aufgesetzt werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ferner ein Außengewinde 64 an der Elektrode 12 vorgesehen, das mit dem Innengewinde des Hülsenelements 40 verschraubbar ist. Zum Zwecke des Kürzens kann das Gewinde beliebig lang sein. Vorteilhafterweise reicht das Gewinde 64 bis in den Bereich des oberen Elektrodenendes.

Die Figuren 4a und 4b zeigen schematische Darstellungen des Schlitzes 32. Figur 4b ist ein Schnitt entlang der Schnittebene A-A von Figur 4a und zeigt eine Materialauftrennung der Isolierhülle 16, wodurch der Schlitz 32 gebildet wird. Wie Figur 4a zeigt, ist das Material der Isolierhülle 16 im Bereich des Schlitzes jedoch nur aufgetrennt, Material ist nicht entnommen.

Entsteht durch Druckabnahme im Behälter 18 im Kontaktbereich 30 (vgl. Figur 2) eine Gasblase 56, so strömt diese im Kontaktbereich 30 auf einen Strömungspfad 51 , der als gebogener Pfeil 51' endend dargestellt ist, zum Schlitz 32 und gelangt durch diesen in die Umgebung der Elektrode 12, d.h. der Niveausonde 10. Unabhängig davon, wo die Gasblase 56 entsteht, strömt das Gas stets zwischen Elektrode 12 und Isolierhülle 16, nämlich im Kontaktbereich 30, oder durch eine Öffnung, nämlich durch den Schlitz 32 in der Isolierhülle 16.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niveau- sonde 10. Die Elektrode 12 umfasst dabei das Fühlerelement 28 und teilweise in dem Bereich der Elektrode, die nicht zum Fühlerelement 28 gehört. Ein unum- hüllter bzw. freier Abschnitt 58 der Elektrode 12 ist daher nicht von der Isolierhülle 16 radial umgeben. Eine zwischen Elektrode 12 und Isolierhülle 16 befindliche Gasblase 56 strömt bei einem Druckgefälle im Kontaktbereich 30 zwischen Elektrode 12 und Isolierhülle 16, bis sie an der Grenze zum Abschnitt 58 aus der Isolierhülle 16 entweichen kann. In diesem Fall verläuft der (wiederum mit einem gebogenen Pfeil 51" endend dargestellte) Strömungspfad 51 vollständig zwi- sehen Isolierhülle 16 und Elektrode 12, nicht jedoch durch eine Öffnung in der Isolierhülfe.

Zum Messen der Kapazität der Elektrode gegen die Umgebung ist das Fühlerelement 28 mit hier nicht eingezeichneten Messmitteln verbunden. Als Gegen- elektrode wirkt dabei der Behälter 18.

Nachfolgend sind ähnliche Elemente als auch funktional ähnliche Elemente zum Teil mit identischen Bezugszeichen versehen.

Gemäß Figur 6 weist die kapazitive Niveausonde 10 eine zusätzliche Schutzhülle 70 auf, die sich im Wesentlichen von dem Verschluss 36 bis an den Schlitz 32 erstreckt, ohne diesen jedoch zu . berühren. Die Schutzhülle 70 ist dabei als zylindrischer Schlauch ausgebildet, der eng an der Isolierhülle 16 anliegt. Die Schutzhülle 70 ist ebenfalls zum Verschließen in den Verschluss 36 geführt. Es ist zu beachten, dass der Verschluss 36 hier nur schematisch dargestellt ist. Er kann verschiedene Ausführungsformen bei sonst gleicher Ausgestaltung der kapazitiven Niveausonde 10 aufweisen.

Die Schutzhülle 70 stabilisiert durch die enge Ummantelung die Isolierhülle 16 und erhöht den elektrischen Parallelwiderstand, der sich zwischen der Elektrode 12 und der Wand des Behälters 18 als Gegenelektrode einstellt.

Gemäß der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform des Verschlusses 36 ist die Schutzhülle 70 in eine zylindrische Ausnehmung 72, die zwischen der Isolierhülle 16 und dem äußeren Hülsenelement 38 ausgebildet ist, eingefügt. Die Schutzhülle 70 ist in dieser Ausnehmung 72 passfest zwischen der Isolierhülle 16 und dem äußeren Hülsenkörper 38 eingeschoben. Hierdurch kann eine abdichtende Verbindung erreicht werden, wobei die Anforderungen an eine solche Abdichtung geringer sind als an die Abdichtung der Isolierhülle 16 gegen den Verschluss 36 und gegen die Elektrode 12. Das ist dadurch begründet, dass die Schutzhülle 70 nicht direkt an der Elektrode 12 anliegt. Die Schutzhülle 70 füllt die Ausnehmung 72 nicht vollständig aus, so dass ein Zwischenraum 74 verbleibt. Ein solcher Zwischenraum 74 ist günstig, um eine Ausgleichsmöglichkeit zu schaffen bei Bewegungen, die aufgrund thermisch bedingter oder anderer Bewegungen der Elemente untereinander erfolgen.

Der Verschluss 36 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung macht sich die Schutzhülle 70 zunutze, wie der Figur 8 zu entnehmen ist. Auf ein Ende der Elektrode 12 ist eine Isolationshülse 80 geschoben, die dabei etwa eine Kappe für die Elektrode 12 bildet. Die Isolationshülse 80 weist denselben Außendurchmesser auf wie die Isolierhülle 16. Die Isolationshülse 80 und die Isolierhülle 16 bilden somit einen gemeinsamen zylindrischen Außenmantel mit gleichem Außendurchmesser um die Elektrode 12 herum. Dieser Außenmantel ist jedoch im Bereich eines Hülsenzwischenraums 82 unterbrochen, um insbesondere thermische Ausgleichsbewegungen zwischen den Elementen zu ermöglichen.

Über diesen durch Isolierhülle 16 und Isolationshülse 80 gebildeten gemeinsamen Zylindermantel ist die Schutzhülle 70 enganliegend geschoben. Um eine Abdichtung zwischen Schutzhülle 70 und Isolationshülse 80 zu erreichen, umgibt eine Spiralfeder 84 die Schutzhülle 70 und presst sie dadurch gegen einen Endabschnitt 86 der Isolationshülse 80. Die Isolationshülse 80 ist in diesen Endbe- reich als Vollzylinder ausgestaltet. Der durch die Spiralfeder 84 ausgeübte Druck wirkt somit nicht direkt auf die Elektrode 12. Es kann somit eine Abdichtung zwischen Schutzhülse 70 und Isolationshülse 80 erreicht werden, ohne Druck auf die Elektrode 12 auszuüben. Eine Abdichtung gegen Eintreten des Mediums in einen Bereich zwischen Elektrode 12 und Isolierhülle 16 wird schließlich dadurch erreicht, dass die Schutzhülle 70 eng um die Isolierhülle 16 liegt.

Eine Befestigung der Isolationshülse 80 an der Elektrode 12 kann durch eine Vielzahl von Möglichkeiten erreicht werden, wie beispielsweise durch das Vorse- hen einer Ausnehmung in der Elektrode an ihrem Umfang und eines entsprechenden Vorsprungs in diesem Bereich an der Isolationshülse 80. Eine solche oder andere Befestigung ist in der Figur 8 jedoch nicht erkennbar dargestellt.

Claims

Ansprüche

1. Kapazitive Niveausonde, zur Messung der Füllhöhe eines insbesondere flüssigen Mediums, mit: einem Anschlussstück (14), einer mit dem Anschlussstück (14) verbundenen und über das Anschlussstück (14) hinausragenden Elektrode (12), die ein Fühlerelement (28) umfasst, einer Isolierhülle (16) zum Isolieren der Niveausonde gegen das Medium, die das Fühlerelement (28) radial vollständig umgibt, wobei die Isolierhülle (16) in einem Kontaktbereich (30) an der Elektrode (12) anliegt und wobei Elektrode (12) und Isolierhülle (16) so ausgebildet sind, dass im Kontaktbereich (30) vorhandenes Gas (56) bei einem Druckgefälle zwischen Kontaktbe- reich (30) und Umgebung der Niveausonde (10) aus dem Kontaktbereich (30) auf einem Strömungspfad (51 ) aus dem Kontaktbereich (30) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle (16) so ausgebildet ist, dass der Strömungspfad (i) durch mindestens eine Öffnung (32) in der Isolierhülle (16) oder (ii) vollständig zwischen Elektrode (12) und Isolierhülle (16) verläuft.

2. Kapazitive Niveausonde nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (14) derart ausgebildet ist, dass die Niveausonde (10) an einer Wandung (24) derart befestigbar ist, dass sich das Fühlerelement (28) auf einer Seite der Wandung (24) befindet, und die Isolierhülle (16) derart ausgebildet ist, dass der Strömungspfad (51) in Einbaulage der Niveausonde (10) auf dieser Seite der Wandung in die Umgebung der Niveausonde (10) mündet.

3. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (32) in der Isolierhülle (16) jenseits des Anschlussstücks (14) auf der gleichen Seite wie das Fühlerelement (28) angeordnet ist.

4. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (12) lediglich in einem über das Anschlussstück (14) hinausragenden Abschnitt mit einer Isolierhülle (16) umgeben ist.

5. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle (16) schlauchförmig ist.

6. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (32) in einem dem Anschlussstück (14) zugewandten Abschnitt der Isolierhülle (16) vorgesehen ist.

7. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle (16) Polytetrafluorethylen enthält, insbesondere aus Polytetrafluorethylen besteht.

8. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle (16) über ihre gesamte Länge am Fühlerelement (28) anliegt.

9. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlerelement (28) als gerader Metallstab oder gerades Metallrohr gebildet ist.

10. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle (16) mindestens einen Schlitz (32) aufweist.

11. Kapazitive Niveausonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (32) an einer Stelle vorhanden ist, die in Einbaulage der Niveausonde (10) nicht mit dem flüssigen Medium in Kontakt kommt.

12. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Verschluss mit: einem äußeren Hülsenelement (38), das einen Innendurchmesser aufweist, der in einem ersten, der Elektrode zugewandten Abschnitt (44) um einen solchen Betrag größer ist als der Außendurchmesser der von der Isolierhülle (16) umge- benden Elektrode (12), dass eine Spielpassung gebildet wird, und in einem zweiten, an den ersten Abschnitt (44) angrenzenden Abschnitt (46) zunimmt und einem zumindest teilweise im äußeren Hülsenelement (38) angeordneten inneren Hülsenelement (40), dessen Innendurchmesser größer ist als der Au- ßendurchmesser der Elektrode (12), so dass inneres Hülsenelement (40) und Elektrode (12) eine Spielpassung bilden, dessen Außendurchmesser an einer dem ersten Abschnitt (44) des äußeren Hülsenelements (38) zugewandten ersten Seite (50) kleiner ist als der Innendurchmesser des äußeren Hülsenelements (38), dessen Außendurchmesser zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite (52) zunimmt, wobei das innere Hülsenelement (40) mit einem Außengewinde (54) versehen ist und in das mit einem Innengewinde (48) versehene äußere Hülsenelement (38) so einschraubbar ist, dass eine sich zwischen dem inneren und dem äußeren Hülsenelement befindliche Isolierhülle (16) geklemmt und das innere Hülsenelement (40) auf die Elektrode (12) gedrückt wird.

13. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Messmittel zum Messen der Kapazität der Elektrode gegen eine Gegenelektrode, insbesondere gegen einen Behälter (18).

14. Kapazitive Niveausonde nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode von der Elektrode (12) beabstandet und gegen diese Elektrode (12) elektrisch isoliert ist.

15. Kapazitive Niveausonde nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (18) hohlzylinderförmig und konzentrisch zur Elektrode (12) angeordnet ist.

16. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere isolierende Schutzhülle die Elektrode (12) einschließlich der Isolierhülle (16) radial vollständig umgibt.

17. Kapazitive Niveausonde nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle an der Isolierhülle (16) eng anliegt, soweit die Schutzhülle die Isolierhülle (16) umgibt.

18. Kapazitive Niveausonde nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schutzhülle in axialer Richtung von dem dem Anschlussstück (14) abgewandten Ende der Elektrode (12) oder einem bzw. dem an diesem Ende der Elektrode (12) angeordneten Verschluss (36) bis etwa zu einer bzw. der Öffnung (32) der Isolierhülle (16) erstreckt.

19. Kapazitive Niveausonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Verschluss an dem dem Anschlussstück (14) abgewandten Ende der Elektrode (12) zum Verhindern des Eintretens des Mediums zwischen die Elektrode (12) und die Isolierhülle (16) und/oder die Schutzhülle, umfassend: eine auf dem Elektrodenende aufgesetzte Isolationshülse mit einer geschlossene Stirnfläche zum Isolieren des Elektrodenendes gegen das Medium und - einem Befestigungsmittel zum abdichtenden Befestigen der Isolierhülle (12) und/oder der Schutzhülle an der Isolationshülse.

20. Kapazitive Niveausonde nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel als Verspannmittel, insbesondere als Feder ausgebildet ist.

21. Kapazitive Niveausonde nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationshülse mit der Schutzhülle einstückig ausgebildet ist.

22. Kapazitive Niveausonde nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass - die Isolationshülse etwa einen der Isolierhülle entsprechenden Außendurchmesser aufweist, die Schutzhülle die Isolationshülse radial eng umschließt und axial bis über zumindest einem Teil der Isolierhülle erstreckt und eine Spiralfeder die Schutzhülle im Bereich der Isolationshülse umschließt, um die Schutzhülle abdichtend gegen die Isolationshülse zu pressen.

23. Behälter für flüssiges Medium, gekennzeichnet durch eine kapazitive Niveausonde (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.