DE69410161T2 - Vorrichtung zur Niveaumessung einer Grenzschicht in einer Flüssigkeit mit Schwebteilchen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Messung des Niveaus einer Grenzschicht in einer Flüssigkeit mit Schwebeteilchen, vorzugsweise, aber nicht ausschließlich die Messung der Dicke einer Teilchenablagerung aus dieser Flüssigkeit am Boden eines Absetzbeckens.
• Es sind bereits Meßvorrichtungen mit einer beweglichen Sonde vorgeschlagen worden, wobei diese an einem Kabel aufgehängt ist, das abgerollt wird, um die Sonde in die Flüssigkeit abzusenken. Wenn die Sonde auf eine Grenzschicht in der Flüssigkeit auftrifft, wird durch die Dichteänderung beim Durchqueren der Grenzschicht das scheinbare Gewicht der eingetauchten Sonde geändert, und es genügt zum Zeitpunkt dieser Änderung, die Länge des abgerollten Kabels zu messen, um das Niveau der Grenzschicht festzustellen. Diese bekannten Vorrichtungen sind beim Gebrauch recht problematisch, weil die Schwebeteilchen in der Flüssigkeit durch Agglomeration bzw.
• Zusammenballung dazu tendieren, das scheinbare Gewicht der Sonde im Verlauf ihrer Absenkung zu verändern.
• Es sind auch schon Vorrichtungen zur Abstands-Niveaumessung einer Grenzschicht mit einem in die Flüssigkeit eingetauchten Meßwertaufnehmer vorgeschlagen worden, welcher das Niveau der Grenzschicht mit akustischen oder optischen Verfahren zu messen vermochte. Diese bekannten Vorrichtungen haben den Nach teil, daß sie eine häufige Reinigung des Meßwertaufnehmers erfordern, weil die Schwebeteilchen dazu neigen, sich am Meßwertaufnehmer abzulagern und damit dessen Funktion zu stören.
• Zum anderen sind die aufgeführten bekannten Vorrichtungen für den Einsatz im kerntechnischen Bereich wenig geeignet, wo das Niveau einer Grenzschicht in einer Flüssigkeit mit radioaktiven Schwebeteilchen gemessen werden soll. Im Bereich der Kerntechnik hat sich allgemein die Auffassung herausgebildet, daß das Meßobjekt und die mit der Wartung dieser Quellen von Radioaktivität beauftragten Menschen so weit als möglich voneinander entfernt sein müssen. Die häufige Reinigung eines Meßwertaufnehmers, auf dem sich radioaktive Teilchen abgelagert haben, steht im völligen Gegensatz zu dieser Auffassung.
• Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Vorrichtung zur Niveaumessung einer Grenzschicht in einer Flüssigkeit mit Schwebeteilchen vorzuschlagen, welche die vorgenanten Nachteile vermeidet, was dadurch erreicht wird, daß die Vorrichtung eine Meßglocke, die einen nach unten offenen Innenraum in der Flüssigkeit begrenzt, einen Meßwertaufnehmer für das Niveau der Grenzschicht, welcher derart eingerichtet ist, daß er Messungen des Niveaus der Grenzschicht in der Flüssigkeit durch eine Meßfläche hindurch auszuführen vermag, die zum Innenraum der Glocke hin offen ist, sowie eine Einrichtung zum Verschieben des Flüssigkeitsniveaus in der Glokke aufweist, um die Flüssigkeit während der Nichtbenutzung des Meßwertaufnehmers von der Meßfläche femzuhalten, aber während der Benutzung des Meßwertaufnehmers den Kontakt dieser Flüssigkeit mit ihr zu ermöglichen.
• Indem auf diese Weise der langzeitige Kontakt der Meßfläche mit der Flüssigkeit während der Zeit der Nichtbenutzung des Meßwertaufnehmers vermieden wird, verhindert man die Ablagerung von Teilchen auf dieser Oberfläche, und die Unzulänglichkeiten der oben genannten bekannten Vorrichtungen werden beseitigt. Weiterhin ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, den Meßwertaufnehmer von der Oberfläche der Flüssigkeit, in welcher das Niveau der Grenzschicht gemessen werden soll, zu entfernen, indem die Meßfläche in einer bekannten Höhe über dem Niveau der Flüssigkeitsoberfläche angebracht wird und indem man die Flüssigkeit in der Glocke wieder aufsteigen läßt, wenn man den Meßwertaufnehmer zu benutzen wünscht.
• Wenn sich die Meßfläche über der Oberfläche der Flüssigkeit befindet, gehören zu den Mitteln, um das Flüssigkeitsniveau zu verschieben, vorteilhafterweise vor allem eine Vakuumquelle und eine Leitung, um die Vakuumquelle mit dem Innenraum der Glocke zu verbinden, die im Innenraum der Glocke über der genannten Fläche mündet.
• Wenn sich die Meßfläche über der Oberfläche der Flüssigkeit befindet, gehören zu den Mitteln, um das Flüssigkeitsniveau zu verschieben, vorteilhaf terweise vor allem eine unter Druck stehende Gasquelle und eine Leitung, um die unter Druck stehende Gasquelle mit dem Innenraum der Glocke zu verbinden.
• Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Quelle einer nicht mit Schwebeteilchen beladenen Flüssigkeit sowie eine Leitung, um diese Flüssigkeitsquelle mit dem Innenraum der Glocke zu verbinden. Auf diese Weise kann der Innenraum der Glocke mit einer Schutzschicht aus nicht mit Teilchen beladener Flüssigkeit gefüllt werden, durch wel che die Niveaumessungen der Grenzschicht hindurch ausgeführt werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich Teilchen auf der Meßfläche anlagern.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Meßglocke ein senkrechtes Rohr, das teilweise in die Flüssigkeit eintaucht, sowie einen in dem Rohr gegenüber dessen unterem Ende zurückgesetzt angeordneten Pfropfen auf, wobei dieser Pfropfen seinerseits an seiner unteren axialen Stirnfläche eine zentrale Fläche, welche die genannte Meßfläche bildet und einen abgeschrägten Rand, an dem eine Leitung mündet, aufweist.
• Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung von nicht einschränkenden beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung sowie der beigefügten Zeichnungen hervorgehen, wobei diese darstellen:
• Die Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher eine Meßf läche unter der Flüssigkeitsoberfläche außerhalb der Glocke liegt. Gezeigt ist das Flüssigkeitsniveau in der Glocke während eines Zeitraumes der Nichtbenutzung des Meßwertaufnehmers.
• Die Figur 2 ist eine Darstellung analog zu Figur 1, wobei das Flüssigkeitsniveau in der Glocke während der Benutzung des Meßwertaufnehmers dargestellt ist.
• Die Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei wel cher eine Meßfläche über der Flüssigkeitsoberfläche außerhalb der Glocke liegt. Gezeigt ist das Flüssigkeitsniveau in der Glocke während eines Zeitraumes der Nichtbenutzung des Meßwertaufnehmers.
• Die Figur 4 ist eine Darstellung analog zu Figur 3, wobei das Flüssigkeitsniveau in der Glocke während der Benutzung des Meßwertaufnehmers dargestellt ist.
• Die Figur 5 ist ein schematischer axialer Schnitt, der eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßglocke zeigt.
• Die Figur 6 zeigt Ausführungsdetails der in Figur 5 dargestellten Glocke.
• Die Figur 7 ist die Darstellung eines Schnittes entlang der Linie VII -VII von Figur 6.
• Die Figur 8 ist die Darstellung eines Schnittes entlang der Linie VIII von Figur 7.
• In Figur 1 ist ein Behälter 1 teilweise dargestellt, der eine mit Schwebestoffteilchen beladene Flüssigkeit L enthält, deren Sedimentation eine Ablagerung D am Boden des Behälters bildet. Die Bezeichnung "Teilchen" bezeichnet in der vorhe genden Erfindung jegliches feste oder flüssige Teilchen. Die Grenzschicht 1, die man messen möchte, entspricht in den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Oberseite der Ablagerung D. Es könnte sich genauso gut aber auch um eine Grenzschicht zwischen zwei Flüssigkeiten unterschiedlicher Art handeln. Die Messung des Niveaus der Grenzschicht erfolgt mit Hilfe eines an sich bekannten Meßwertaufnehmers 0 durch eine Meßfläche 14 hindurch, die sich bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 unter der Oberfläche 5 der Flüssigkeit und bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 und 4 über der Oberfläche der Flüssigkeit 5 befindet. Der Meßwertaufnehmer C ist beispielsweise ein Ultraschallaufnehmer oder eine Kamera.
• Erfindungsgemäß befindet sich die Meßfläche 14 im Inneren einer Meßglocke 10, welche einen Glocken-Innenraum 12 umschließt, der nach unten zur Flüssigkeit hin offen ist, und es ist eine Einrichtung vorgesehen, um das Niveau der Flüssigkeit in der Glocke zwischen den Zeiträumen der Benutzung und der Nichtbenutzung des Meßwertaufnehmers C zu verschieben.
• Wenn sich die Meßfläche 14 unter der Oberfläche 5 der Flüssigkeit außerhalb der Glocke 10 befindet (Figuren 1 und 2), weist die vorgenannte Einrichtung vorteilhafterweise eine un ter einem Druck P stehende Gasquelle, vorzugsweise Preßluft, auf, die durch eine Leitung 15 über ein Absperrventil 16 mit dem Innenraum 12 verbunden ist. Eine Auslaßleitung 18 mit einem Ventil 17 steht mit dem Außenraum in Verbindung und ist an demjenigen Teil der Leitung angeschlossen, der sich zwischen Absperrventil 16 und der Meßglocke 10 befindet. Wenn das Absperrventil 16 offen und das Absperrventil 17 geschlossen ist, dann drückt das in den Innenraum 12 eingelassene, unter Druck stehende Gas die im Innenraum 12 der Meßglocke 10 befindliche Flüssigkeit heraus, so daß deren Niveau abgesenkt und von der genannten Meßfläche 14 entfernt wird. Auf diese Weise wird außerhalb der Benutzungszeiträume des Meßwertauf nehmers und insbesondere, wenn die in den Behälter eingeleitete Flüssigkeit noch nicht genügend Zeit zur Sedimentation hatte, eine Ablagerung von Teilchen auf der Meßfläche 14 verhindert. Um die Messung durchzuführen, wird das Absperrventil 16 geschlossen und das Absperrventil 17 geöffnet, um eine Verbindung vom Innenraum 12 der Glocke 10 nach außen herzustellen, so daß der Innenraum 12 wieder den Umgebungsdruck annimmt, wodurch es der Flüssigkeit ermöglicht wird, wieder in die Meßglocke 10 zurückzukehren, bis sie die Meßfläche 14 erreicht.
• Wenn sich die Meßfläche 14 über der Oberfläche 5 der Flüssigkeit außerhalb der Glocke befindet (Figuren 3 und 4), dann besteht die Einrichtung zum Verschieben des Flüssigkeitsniveaus in der Meßglocke 10 vorzugsweise aus einer Vakuumquelle V, die mittels einer Leitung 25 über ein Regel-Absperrventil 26 an den Innenraum 12 angeschlossen ist. Eine ins Freie führende Leitung 28 mit einem Absperrventil 27 zweigt von dem Leitungsteil ab, der sich zwischen dem Absperrventil 26 und dem Innenraum der Glocke 12 erstreckt. Außerhalb der Zeiträume der Benutzung des Meßwertaufnehmers ist das Absperrventil 26 geschlossen und das Absperrventil 27 geöffnet, so daß sich der Innenraum 12 auf Umgebungsdruck befindet und die Meßfläche 14 sich über dem Flüssigkeitsniveau in der Glocke 10 befindet. Man verhindert auf diese Weise eine Ablagerung von Teilchen auf der Meßfläche 14. Zur Benutzung des Meßwertaufnehmers wird das Absperrventil 27 geschlossen und das Absperrventil 26 geöffnet, was im Innenraum 12 zu einem Unterdruck führt und den Wiederanstieg der Flüssigkeit in der Glocke bis zur Meßf läche 14 bewirkt. Wohlverstanden mündet die Leitung 25 im Innenraum der Glocke auf dem Niveau der Meßfläche 14 oder darüber, damit der Wiederanstieg der Flüssigkeit bis zur Meßfläche 14 gesichert ist.
• Die vom Meßwertaufnehmer 0 durchgeführte Messung ermöglicht es dem Fachmann, der die Position der Meßfläche 14 kennt, in einfacher Weise auf das tatsächliche Niveau der Grenzschicht I zu schließen. Es kann, wohlgemerkt, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu sprengen, auch vorschlagen werden, den Innenraum 12 der Meßglocke gleichzeitig an eine Vakuumquelle und an eine unter Druck stehende Gasquelle anzuschließen, um das Flüssigkeitsniveau in der Glocke unabhängig davon, wie die relative Lage der Meßfläche 14 zum Flüssigkeitsniveau S außerhalb der Glocke ist, zu verschieben.
• Ganz speziell in den Figuren 5 bis 8 ist ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßglocke 10 dargestellt.
• Die Meßglocke 10 weist ein senkrechtes, zu einer Achse X rotationssymmetrisches zylindrisches Rohr 11 auf, das an seinem unteren Ende 30 sowie an seinem oberen Ende 33 offen ist. Ein Pfropfen 13 ist gegenüber dem unteren Ende 30 des Rohres 11 zurückgesetzt angeordnet. Das vom Inneren des Rohres 11 zwischen seiner Unterkante 30 und der Unterseite des Pfropfens 13 umschlossene Volumen begrenzt den genannten Innenraum 12. Das Rohr 11 erstreckt sich durch eine Muffe 2, welche einstückig mit einer auf dem Deckel 4 des Behälters befestigten Zwischenplatte 3 verbunden ist, nach oben aus dem Behälter 1 heraus. Die Muffe 2 und das Rohr 11 sind an zwei Spannelementen 5 befestigt. Diese Spannelemente werden von Gewindespindeln 6 gehalten, von denen eine in Figur 5 dargestellt ist. Der Meßwertaufnehmer 0 ist in einem Sitz 31 angeordnet, der die obere Stirnfläche des Pf ropfens 13 nutzt, und er wird durch ein Rohr 32 gegen die obere Stirnfläche als Auflage gedrückt. Dieses Rohr ist vorzugsweise aus einem Millimeter dickem Epoxidharz hergestellt und erstreckt sich parallel zur Achse X bis zum oberen Ende 33 des Rohres 11 und zwar bis zu einem Niveau, wo es durch ein nicht dargestelltes Zwischenstück gehalten wird. Ein oder mehrere, nicht dargestellte elektrische Kabel dienen der Stromversorgung des Meßwertaufnehmers sowie der Übertragung der von diesem abgegebenen Informationen und sind im Inneren des Rohres 32 angeordnet. Eine Leitung 15, die mit einer unter Druck stehenden Gasquelle verbunden ist, erstreckt sich exzentrisch im Inneren des Rohres 11 und durchquert den Pfropfen 13, um an der unteren Stirnfläche desselben zu münden.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der Meßglocke 10 sind aus den Figuren 6 bis 8 ersichtlich. Speziell in der Figur 6 wird man feststellen, daß die untere Stirnfläche des Pfropfens 13 in ihrem Randbereich einen abgeschrägten, zur Achse X rotationssymmetrischen Rand 34 aufweist. Er ist, wie dargestellt, vorzugsweise um 45º zur Achse X geneigt und auf ihm münden Öffnungen 35 und 36, die mit der genannten Leitung 15 in Verbindung stehen. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel durchquert die Leitung 15 den Pfropfen 13, um direkt in der mit 36 bezeichneten Öffnung auf dem abgeschrägten Rand 34 zu münden. Weiterhin steht sie über zwei halbkreisförmig um die Achse X angeordnete Zweigleitungen 37 mit drei Auslässen 38 in Verbindung, welche den Pfropfen 13 parallel zur Achse X durchqueren und deren jeder an der unteren Stirnfläche desselben in mit 35 bezeichneten Öffnungen mündet. Wie in Figur 7 dargestellt, sind die Öffnungen 35 und 36 vorzugsweise im gleichen Winkel zueinander um die Achse X verteilt. Im Winkel zwischen dem abgeschrägten Rand 34 und der Innenwand des Rohres 11 ist rundherum eine Klebstoffschicht 39 angebracht, um die Abdichtung des Pf ropfens 13 auf diesem Niveau zu garantieren. Der Meßwertaufnehmer 0 ist in einem exzentrisch auf der oberen Stirnfläche des Pf ropfens 13 angebrachten Sitz 31 angeordnet, wobei dieser rotationssymmtrisch zu einer Achse Y ist, die parallel zur Achse X und zwar auf der in bezug auf die Leitung 15 entgegengesetzten Seite verläuft. In den Figuren 6 und 7 ist eine Stromversorgungs- und Informationsübertragungskabel des Meßwertaufnehmers mit 40 bezeichnet.
• Bei der Betrachtung der Figur 8 wird man bemerken, daß der Pfropfen 13 an der Wandung des Rohres 11 vorzugsweise mittels einer Senkkopfschraube befestigt ist, welche in ein Innengewinde im oberen Teil des Pf ropfens 13 eingreift, das im Sitz 31 mündet und dessen Achse senkrecht zur Achse X verläuft. In die Wandung des Rohres 11 ist eine dem Schraubenkopf angepaßte Senkung 42 eingearbeitet.
• Der Pfropfen 13 ist vorzugsweise aus Polycarbonat hergestellt.
• Vorzugsweise ist die Meßfläche 14 poliert, um auf diese Weise die Ablagerung von Teilchen während der Benutzung des Meßwertaufnehmers weitestgehend zu reduzieren.
• Abschließend ist zu sagen, daß die Erfindung die Durchführung von Niveaumessungen der Grenzschicht in einer mit Schwebestoffteilchen beladenen Flüssigkeit gestattet, ohne daß eine häufige Reinigung der Sonde oder des Meßwertaufnehmers nötig ist, wie es von früheren Vorrichtungen bekannt ist. Die Erfindung findet insbesondere auf dem Gebiet der Kerntechnik Anwendung.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Niveaumessung einer Grenzschicht (1) in einer Flüssigkeit (L) mit Schwebeteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Meßglocke (10), die einen nach unten offenen Innenraum (12) in der Flüssigkeit begrenzt, einen Meßwertaufnehmer (0) für das Niveau der Grenzschicht, welcher derart eingerichtet ist, daß er Messungen des Niveaus der Grenzschicht in der Flüssigkeit durch eine Meßfläche (14) hindurch auszuführen vermag, die zum Innenraum (12) der Glok ke (10) hin offen ist, sowie eine Einrichtung zum Verschieben des Flüssigkeitsniveaus in der Glocke (10) aufweist, um die Flüssigkeit während der Nichtbenutzung des Meßwertaufnehmers (C) von der Meßfläche (14) femzuhalten, aber während der Benutzung des Meßwertaufnehmers (0) den Kontakt dieser Flüssigkeit mit ihr zu ermöglichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verschieben des Flüssigkeitsniveaus eine unter Druck (P) stehende Gasquelle und eine Leitung (15) aufweist, welche diese Quelle mit dem Innenraum (12) der Glocke (10) verbindet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verschieben des Flüs sigkeitsniveaus eine Vakuurnquelle (V) und eine Leitung (25) aufweist, welche diese Quelle mit dem Innenraum der Glocke verbindet und in derselben über der Meßfläche mündet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Quelle (E) für eine keine Schwebeteilchen enthaltende Flüssigkeit sowie eine Leitung (50) aufweist, welche diese Quelle mit dem Innenraum (12) der Glocke verbindet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Meßglocke ein senkrechtes Rohr (11) zum teilweisen Eintauchen in die Flüssigkeit sowie einen in dem Rohr gegenüber dessen unterem Ende (30) zurückgesetzt angeordneten Pfropfen (13) aufweist, wobei dieser Pfropfen seinerseits an seiner unteren axialen Stirnfläche eine zentrale Fläche, welche die genannte Meßfläche (12) bildet und einen abgeschrägten Rand (34), an dem eine Leitung mündet, aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Leitung auf dem abgeschrägten Rand in mehreren, im gleichen Winkel zueinander angeordneten Öffnungen (35, 36) mündet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Pfropfen (13) an seiner oberen axialen Stirnfläche einen Sitz (31) zur Aufnahme des Meßwertaufnehmers (C) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge-4,45 kennzeichnet, daß der Pfropfen aus Polycarbonat besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche (14) poliert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Ultraschallaufnehmer oder Kameras umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Niveaumessung einer Grenzschicht in einer Flüssigkeit mit radioaktiven Schwebeteilchen verwendet wird.