DE3316145A1

DE3316145A1 - Schwimmeranordnung fuer einen sensor

Info

Publication number: DE3316145A1
Application number: DE19833316145
Authority: DE
Inventors: Raymond J. Carmel Ind. Andrejasich; Ralph A. Indianapolis Ind. Perry
Original assignee: Emhart Industries Inc
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1982-05-03
Filing date: 1983-05-03
Publication date: 1983-11-03
Also published as: US4442405A; DK81783D0; GB2119577A; CA1184270A; IT8367077A0; SE8302516L; SE8302516D0; FR2525986A1; GB8311972D0; AU9155082A; GB2119577B; JPS58191961A; NO830572L; IT1159962B; DK81783A; BR8301728A

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwimmeranordnung für Sensoren, und insbesondere eine solche Anordnung mit begrenzter Bewegungsfreiheit.

Instrumente und Sensoren für die Erfassung von unterirdischen Kohlenwasserstoff-Verschmutzungen haben in den letzten Jahren aufgrund der zunehmenden Umweltverschmutzung immer größere Bedeutung erlangt. Aufgrund der Tatsache, daß flüssige Kohlenwasserstoffe eine kleinere Dichte als Wasser besitzen und sich daher an der Wasseroberfläche befinden, besitzen Kohlenwasserstoff-Sensoren eine Schwimmeranordnung, mittels der ein Sensor im Bereich der Wasseroberfläche gehalten wird. Derartige Anordnungen werden auf Meeren, Seen und in Grundwasserschächten benutzt. Bei einem derartigen Sensor zur Verwendung derartiger Schwimmeranordnungen handelt es sich um einen die elektrische Leitfähigkeit erfassenden Sensor, der aufgrund der Leitfähigkeit zwischen Wasser und flüssigen Kohlenwasserstoffen unterscheidet. Bei derartigen Sensoren für Schwimmeranordnungen tritt jedoch insofern ein Problem auf, als ein fehlerhaftes Signal für den flüssigen Kohlenwasserstoff erzeugt werden kann, wenn der Wasserpegel soweit fällt, daß die Anordnung nicht mehr schwimmt. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die elektrische Leitfähigkeit von Luft ebenso wie die elektrische Leitfähigkeit von flüssigen Kohlenwasserstoffen kleiner als die von Wasser ist. Fällt daher der Wasserpegel, so daß die Anordnung nicht mehr schwimmt, so sind die zur Messung der Leitfähigkeit benutzten Elektroden gewöhnlich der Luft ausgesetzt, so daß die Leitfähigkeit zwischen ihnen sinkt. Dies führt gewöhnlich zu einer falschen Anzeige des Vorhandenseins von Kohlenwasserstoffen.

³^ Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schwimmeranordnung für einen Sensor der in Rede stehen-

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den Art anzugeben, mit der die Erzeugung von falschen Signalen verhindert werden kann, wenn der Wasserpegel soweit fällt, daß der Sensor nicht mehr auf der Wasseroberfläche schwimmt.

Diese Aufgabe wird bei einer Schwimmeranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

IQ Einen Schwimmer mit einem durch ihn verlaufenden Kanal, eine Einrichtung zur Montage eines Sensors auf dem Schwimmer, eine durch den Kanal verlaufende Führung zur Führung der Bewegung des Schwimmers, einen auf der Führung angeordneten, einen Magneten enthaltenden Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Schwimmers und einen im Schwimmer enthaltenen magnetisch betätigbaren Schalter, der betätigt wird, wenn er sich im Bereich des Magneten des Schwimmers befindet, um anzuzeigen, daß sich der Schwimmer im Bereich des Anschlags befindet.

Ausgestaltungen des vorstehend definierten Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise .geschnittene Seitenansicht einer Schwimmeranordnung für einen Sensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines abgeänderten Teils der Ausführungsform nach Fig. 1.

Eine Schwimmeranordnung 10 für einen Sensor besitzt generell einen Schwimmer 12, eine Führung 14 und einen Anschlag 16.

Ein auf dem Schwimmer 12 montierter Sensor wird generell durch ein Paar von Elektroden 18 und 20 gebildet, zwischen denen eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit möglich ist.

Die Schwimmeranordnung 10 besitzt weiterhin eine Einrichtung zur Montage des Sensors bzw. von Elektroden 18 und Die Montageeinrichtung wird durch ein Paar von Elementen 22 und 24 gebildet, von denen jeweils eines eine Elektrode IQ 18 bzw. 20 haltert. Die Elemente 22 und 24 werden durch ein Paar von langgestreckten ebenen plattenförmigen Leitern gebildet. Die Elektroden 18 und 20 sind im Bereich eines Endes der entsprechenden Elemente 22 und 24 durch geeignete, einen elektrischen Kontakt gewährende Elemente montiert. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ist jeweils eine mit Gewinde versehene Mutter 26 bzw. 28 beispielsweise durch Schweißen an einem Ende der Elemente 22 und 24 befestigt. Die Elektroden 18 und 20 besitzen jeweils ein mit Gewinde versehenes Ende 30 bzw. 32, auf das eine Mutter 26 bzw. 28 aufgeschraubt ist. Die Muttern 26 und 28 befinden sich über (nicht dargestellten)Löchern in den ebenen plattenförmigen Elementen 22 und 24, durch welche die Elektroden 18 und 20 verlaufen. Ein Paar von Befestigungsmuttern 34 und 36 wird sodann auf die Elektroden 18 und 20 aufgeschraubt, um diese festzuhaltern und eine Justierung der Vertikalstellung der Elektroden zu ermöglichen, so daß eine Messung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in unterschiedlichen Tiefen möglich ist. Die anderen Enden der Elemente 22 und 24 sind in geeigneter Weise am Schwimmer 12 befestigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Epoxydharz verwendet, das einen Hohlraum 38 im oberen Teil des Schwimmers 12 ausfüllt. Die Elemente 22 und 24 besitzen weiterhin jeweils ein vertikales Teil 40 bzw. 42, das sich von der Oberseite des Schwimmers 12 nach oben erstreckt.

Diese vertikalen Teile sind in elektrisch isolierendes Material 44 bzw. 46 eingebettet, um eine falsche elektrische

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Leitung durch Wassertropfen auf der Oberseite des Schwimmers 12 zu verhindern.

Der Schwimmer 12 besitzt weiterhin einen zentralen Kanal 48. In diesem Kanal 48 befindet sich ein zylindrischer Einsatz 50. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Schwimmer 12 aus geschäumtem Neoprene-Kunststoff hergestellt, der als Nitrile bezeichnet wird und von der Firma Rogers Corporation in Williamantic, Connecticut unter dem Handelsnamen NITROPHYL vertrieben wird. Nitrile ist gegen durch Kohlenwasserstoff-Substanzen hervorgerufene Abnutzung resistent. Der zylindrische Einsatz 50 ist aus einem Nylon-Rohr mit Norm-Größe herstellt. Er läuft von etwa 1" oberhalb der Oberseite des Schwimmers 12 bis zur Oberfläche einer Ausnehmung 52 im Boden des Schwimmers 12.

Die Ausnehmung 52 ist generell kreisförmig und konzentrisch zur Unterseite des Kanals 48.

Die Sensor-Schwimmeranordnung besitzt weiterhin ein elektrisches Kabel 54 mit einem Paar von isolierten Leitern. Ein Leiter ist mit der Elektrode 18 über das Element 22 verbunden, während der andere Leiter über das Element 24 mit der Elektrode 20 verbunden ist. Zwischen den Leitern des Kabels 54 liegt weiterhin ein magnetisch betätigbarer Schalter 56, bei dem es sich um einen gebräuchlichen magnetischen Reed-Schalter handelt. Dieser Schalter 56 befindet sich in einer langgestreckten Ausnehmung 58 im Schwimmer 12. Diese langgestreckte Ausnehmung 58 ist generell zylindrisch geformt und an ihrer Oberseite offen. Ein unteres Ende 60 dieser Ausnehmung befindet sich im Bereich der Oberseite der Ausnehmung 52. Die Ausnehmung 58 ist weiterhin generell parallel zum Kanal 58 orientiert und gegen diesen versetzt.

Der Rest der Schwimmeranordnung 10 wird durch die Führung 14 und den Anschlag 16 gebildet. Die Führung 14 wird gene-

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λ rell durch einen Stab gebildet, der vertikal orientiert ist, um den Schwimmer 12 in Vertikalrichtung zu führen, wenn dieser sich dem steigenden oder fallenden Wasserpegel anpaßt. Am unteren Ende der Führung 14 ist der Anschlag ρ- 16 befestigt. Dieser Anschlag 16 wird generell durch eine kreisförmige Platte 62 und einen ringförmig gestalteten Permanentmagneten 64 gebildet. Die Platte 62 ist am unteren Ende der Führung 14 mittels einer Hülse 66 befestigt, wobei jedoch auch andere Befestigungsmöglichkeiten in Be-

,Q tracht kommen. Der ringförmig ausgebildete Permanentmagnet 64 ist durch die Hülse 66 konzentrisch zum Stab bzw. zur Führung 14 angeordnet. Der Magnet 64 ist geringfügig kleiner als die in der Unterseite des Schwimmers 12 ausgebildete Ausnehmung 52. Daher kann der Magnet 64 in die Ausnehmung 52 geführt werden, wenn der Schwimmer 12 die untere Grenze seiner Vertikalbewegung erreicht. Der Schwimmer 12 kann somit in einer relativ festen Stellung in Bezug auf den Magneten 64 gehalten werden, wenn er nicht durch eine Flüssigkeit getragen wird. Gemäß Fig. 1 kann der Schwimmer 12 relativ frei um die Führung 14 rotieren. Die Verwendung eines ringförmigen Magneten, der konzentrisch zur Führung 14 ausgebildet ist, stellt die richtige Betätigung des Schalters 56 unabhängig von der Winkelstellung um die Führung 14 sicher.

Fig. 2 zeigt eine geringfügig abgewandelte Veision der Ausführungsform nach Fig. 1. Bei dieser Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Elektroden 18 und 20 durch mehrere kleine Elektroden bzw. Kontakte 65 bis 71 ersetzt. Diese Elektroden 65 bis 71 erstrecken sich von einer Fläche 72 eines Schwimmers 74 nach unten, wobei der Schwimmer dem Schwimmer 12 entspricht. Der Schwimmer 74 enthält einen Kanal 76, der mit dem Kanal 48 des Schwimmers 12 identisch ist. Im Kanal 76 befindet sich ein zylindrischer Einsatz 78, der mit dem Einsatz 50 des Schwimmers 12 identisch ist. In der Unterseite des Schwimmers 74 ist eine Ausnehmung

vorgesehen, welche mit der ringförmigen Ausnehmung 52 nach Fig. 1 identisch ist. Die elektrischen Kontakte 65 bis 71 sind mit einem Paar von elektrischen Leitern verbunden, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, wobei die Elektroden abwechselnd jeweils mit einem anderen Leiter verbunden sind. Durch diese Anordnung ergeben sich mehrere parallele Sensorpaare, wodurch eine falsche Anzeige aufgrund eines Taumeins des Schwimmers in einer turbulenten Flüssigkeit verhindert wird, da alle Sensorpaare vom wässrigen Medium umgeben sein müssen, um eine Erfassung zu gewährleisten. Das Taumeln des Schwimmers ist möglich, da der Durchmesser der Führung 14 kleiner als der Innendurchmesser der zylindrischen Einsätze 78 und 50 ist, um dem Schwimmer 12 bzw. 74 eine größere Bewegungsfreiheit zu geben. Die durch die Kontakte 65 bis 71 gebildeten Mehrfach-Sensorpaare ermöglichen auch genauere Messungen bei kleineren Leitfähigkeitswerten. Der Schwimmer 74 ist von der Schwimmeranordnung einschließlich der Führung und des Anschlags getrennt dargestellt. Er kann jedoch anstelle des Schwimmers 12 nach Fig. 1 verwendet werden. Im Schwimmer 74 befindet sich in identischer Weise wie im Schwimmer 12 ein magnetischer Reed-Schalter.

Die Schwimmeranordnung 10 dient zur Bestimmung der Leitfähigkeit zwischen den Elektroden 18 und 20 der Flüssigkeit, in der sie schwimmt. Die Tiefe, bis zu der die Leitfähigkeit gemessen wird, wird durch die Einstellung der Elektroden 18 und 20 nach unten festgelegt. Stehen die Elektroden 18 und 20 mit einer gewissen Grundwassermenge in Kontakt, so ist daher der Widerstand zwischen ihnen

relativ klein. Bildet sich auf der Wasseroberfläche eine ausreichende Oberflächenölschicht aus und steigt der Schwimmer 12 in bezug darauf auf einen Pegel, bei dem sich die Elektroden 18 und 20 nicht mehr im Kontakt mit dem Wasser ³^ befinden, so nimmt die Leitfähigkeit zwischen ihnen ausreichend ab, so daß ein mit dem Kabel 54 verbundenes Leit-

fähigkeitsmeßelement eine Änderung feststellen kann. Wenn der Wasserpegel steigt und fällt, so folgt der Schwimmer 12 diesen Änderungen und hält die Elektroden 18 und 20 in der gleichen relativen Stellung in bezug auf die Wasseroberfläche. Fällt der Wasserpegel soweit, daß der Schwimmer mit dem Anschlag 62 in Kontakt gelanct, so sind die Elektroden 18 und 20 dem Wasser nicht mehr ausgesetzt, so daß der Widerstand zwischen ihnen wesentlich zunimmt und damit die Leitfähigkeit entsprechend abnimmt. Um eine der-

^q artige falsche Anzeige des Vorhandenseins von flüssigem Kohlenwasserstoff zu vermeiden, gelangt der Magnet 64 so nahe an den Schalter 56, so daß dieser betätigt wird und die Leiter des Kabels 54 kurzschließt. Dieser Kurzschluß hält den kleinen Widerstand zwischen den Eleketroden 18 und

!5 20 aufrecht, um eine Messung eines hohen Widerstandes zu vermeiden, welche sich ergibt, wenn sich die Elektroden 18 und 20 nicht mehr im Wasser befinden. Dieser Kurzschluß der Leiter des Kabels 54 kann ebenfalls durch ein Instrument erfaßt werden, um festzulegen, daß sich der Schwimmer 12 im Bereich des Anschlags 16 befindet. Wenn der Wasserpegel wieder auf einen Punkt steigt, bei dem er den Schwimmer tragen und vom Magneten 64 weg halten kann, so öffnet der Schalter 56 und bringt die Elektroden wiederum für die Feststellung der elektrischen Leitfähigkeit der tragenden Flüssigkeit zur Wirkung.

Die erfindungsgemäße Anordnung stellt daher eine einfache und billige Möglichkeit zur Vermeidung falscher Messungen des Vorhandenseins von Kohlenwasserstoffen in Fällen dar, in denen der Schwimmer 12 die Grenze seiner zulässigen Abwärtsbewegung erreicht hat.

Claims

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Patentanwälte Djpl".-I"ng.H. W£ICkj«a,nn, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska , Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel

8000 MÜNCHEN 86 -_,|V.':1 ^jl' POSTFACH 860 820 MDH LSTRASSE 22 TELEFON (0 89) 98 03 52 DXIIIA TELEX 522621

TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÖNCHEN

Emhart Industries, Inc.

East Washington Street, P.O. Box 706, Indiana 46206, USA

Schwimmeranordnung für einen Sensor

Patentansprüche

Schwimmeranordnung für einen Sensor, gekennzeichnet durch einen Schwimmer (12; 74) mit einem durch ihn verlaufenden Kanal (48; 46), eine Einrichtung (22, 24) zur Montage eines Sensors (18, 20; 65 bis 71) auf dem Schwimmer (12; 74), eine durch den Kanal (48; 76) verlaufende Führung (14) zur Führung der Bewegung des Schwimmers (12; 74) , einen auf der Führung (1.4) angeordneten und einen Magneten (64) enthaltenden Anschlag (16) zur Begrenzung der Bewegung des Schwimmers (12; 74), und einen im Schwimmer (12; 74) enthaltenen magnetisch betätigbaren Schalter (56) der betätigt wird, wenn er sich im Bereich des Magneten (6 4) des Anschlags (16) befindet, um anzuzeigen, daß sich der Schwimmer (12; 74) im Bereich des Anschlags (16) befindet.
2. Schwimmeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (16) unterhalb des Schwimmers (12;

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74) auf der Führung (14) angeordnet ist, um die Abwärtsbewegung des Schwimmers (12; 74) zu begrenzen, und daß die Betätigung des Schalters (56) anzeigt, daß der Schwimmer (12; 74) nicht mehr schwimmt.
3. Schwimmeranordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (40, 42) zur Verbindung des Schalters (56) mit dem auf dem Schwimmer (12; 74) montierten Sensor (18, 20; 65 bis 71).
4. Schwimmeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor elektrische Kontakte (18, 20; 65 bis 71) aufweist, die einer den Schwimmer (12; 74) umgebenden Flüssigkeit ausgesetzt sind, um deren elektrische Leitfähigkeit zu messen.
5. Schwimmeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte durch eine Vielzahl von Kontaktpunkten (65 bis 71) gebildet sind.
6. Schwimmeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (48) geradeaus gebildet und vertikal orientiert ist und daß die Führung (14) durch einen vertikal orientierten Stab gebildet ist.
7. Schwimmeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet-, daß der Magnet (64) eben gestaltet ist und senkrecht zur Führung (14) angeordnet ist

³^ und diese vollständig umfaßt.
8. Schwimmeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (56) ein langgestreckter Reed-Schalter ist und daß der Schwimmer (12; 74) eine Einrichtung (58) aufweist, um die Achse des Reed-Schalters (56) generell parallel zum Stab (14)

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-3- ^ zu halten.
9. Schwimmeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (12;74) frei

,_ um den Stab (14) rotieren kann, so daß der Schalter b

(16) seine Winkelstellung um den Stab (14) ändern kann.
10. Schwimmeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22, 24) zur Montage des Sensors eine Einrichtung (26, 28, 30, 32, 34, 36) aufweist, mittels der ein Paar von Elektroden (18, 20) in einer vorgegebenen Höhe relativ zum Schwimmer (12) einstellbar ist.