Sichere pH-Messung

Dr. Wolfgang Babel

In der Vergangenheit waren Feuchtigkeit und Verschmutzungen die Hauptfehlerquellen in pH-Messsystemen. Schon geringste Mengen an Feuchtigkeit im Kontaktverbindungssystem zwischen pH-Elektrode, Kabel und Transmitter führten bei der hochohmigen Messung zu Fehlern oder Totalausfällen. Mit der Entwicklung des Steckersystems TOP 68 (Abb. 1) ist es nun E+H Conducta gelungen, die Schutzart IP 68 für diese empfindliche Stelle in der Signalkette zu realisieren. TOP steht dabei für Total Operational Protection, also ein absolut wasserdichtes System nach IP 68. Die Entwicklungsziele zur Beseitigung dieser bekannten Schwachstelle in der Signalkette waren klar definiert:

• absolute Dichtheit nach IP 68,

• autoklavierbar im offenen Zustand,

• temperaturbeständig bis 130 °C,

• sicher bis mindestens 10 bar – besser 25 bar,

• korrosionsbeständig auch in Säuren,

• modulares Baukastensystem für 2-, 4- und 6-polige Kontaktstecker,

• modular für gel- und flüssiggefüllte Elektroden,

• aufwärtskompatibel für alle gängigen Prozessarmaturen sowie

• adaptierbar an Steckersysteme aller Hersteller.

Von besonderer Bedeutung sind auch die einfache Handhabung, eine hohe Servicefreundlichkeit, lange Lebensdauer bei harter Beanspruchung, ein optimiertes Preis-Leistungsverhältnis und die weltweite Einsetzbarkeit.

Der modulare Aufbau des Steckersystems ermöglicht 2-, 4- und 6-polige Versionen (Abb. 2). Die Modularität ermöglicht den Einsatz sowohl von gel- als auch von flüssiggefüllten pH-Elektroden. Lediglich der Schwanenhals für die flüssiggefüllte Elektrode unterscheidet sich von der Version für die gelgefüllte Elektrode durch den Einfüllstutzen, der ein integraler Bestandteil des Baukastensystems ist.

Mit modular ergänzbaren Eindreh-Halbschalen kann das TOP 68 in nahezu jede Prozessarmatur eingeschraubt werden. Besonders von Bedeutung ist dies für die flüssiggefüllte pH-Elektrode: künftig muss zur Kalibration der KCI-Schlauch nicht mehr von der Elektrode abgezogen werden, wenn die Elektrode aus der Prozessarmatur herausgeschraubt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Einschraubung ist, dass die Elektrode positionsgenau eingedreht werden kann und es zu keiner Belastung des Elektroden-Dichtungssystems kommt.

Bisher wird in allen gängigen Systemen mit vier O-Ringen die Schutzart IP 67 erreicht. Das TOP 68 kommt mit nur zwei O-Ringdichtungen aus und ermöglicht dennoch sicher die Schutzart IP 68 (Abb. 3). Voraussetzung dafür ist das radial dichtende System. So wirken auf die Dichtringe auch keine Drehbelastungen. Das Steckersystem ist bereits dicht, wenn die Kupplung auf dem O-Ring zu sitzen kommt. Die Überwurfmutter hat keine dichtende Funktion mehr und ist deshalb besonders leichtgängig.

Eine Kabeltülle mit doppelter Dichtlippe optimiert nicht nur die Dichtheit des Systems, sondern dient gleichermaßen der Zugentlastung. Diese Technik hat sich bereits in über 20 000 E+H-Sauerstoff- und -Trübungssensoren bewährt.

PFA ist ein hoch korrosionsbeständiger, feuchtigkeitsabweisender Werkstoff mit besten Isolationseigenschaften. Der Kontaktkörper des TOP 68 wird daraus hergestellt. Eine dauerhafte Hochohmigkeit ist somit garantiert. Dies ist besonders wichtig in Ländern mit hoher Luftfeuchtigkeit. Aber auch für die Autoklavierbarkeit im offenen Zustand ist ein hydrophobes Material wie PFA unbedingt notwendig, damit sich auf der Oberfläche kein Feuchtigkeitsfilm bilden kann, wodurch die Hochohmigkeit verloren ginge.

In das PFA-Gehäuse werden vergoldete Nickelkontakte eingeschweißt. Kurze Federwege garantieren dabei absolut sichere und reproduzierbare Kontaktierung. Zum Schutz des feuchtigkeitsabstoßenden PFA-Materials und der Präzisions-Kontaktführung wird ein PPS-Steckergehäuse verwendet. Dabei ist die PPS-Kupplung mit einer Nut-/Feder-Orientierungshilfe versehen (Abb. 4). Auf diese Weise wird ausschließlich das harte PPS-Material bei der Kraftübertragung und während der Positionsfindung beansprucht und die PFA-Steckverbindung geschützt. Selbst nach vielen hundert Steckversuchen bleibt der TOP 68 ohne jede Verschleißerscheinung. Weiterhin ermöglicht die Nut-/Feder-Orientierungshilfe auch bei Steckversuchen im Dunkeln zuverlässige Positionierungen.

Mit der hohen Druckbeständigkeit von bis zu 25 bar kann ein Austritt des Mediums aus dem Prozess mit dem TOP 68 auch dann noch sicher verhindert werden, wenn die Elektrode abgerissen ist. Auch in punkto EMV-Sicherheit bietet der TOP 68 Stecker vieles. Der Kabelschirm wird, wie bei HF-Steckern, flächig auf die versilberten Halbschalen gelegt, so dass sehr guter EMV-Schutz gegeben ist. Die Testanforderungen der einschlägigen Normen wurden in allen Bereichen übertroffen.

Mit der Entwicklung des TOP-68-Steckersystem für pH-Sensoren ist E+H Conducta eine zuverlässige, für den harten Industriealltag optimierte Steckverbindung gelungen, die die Schutzart IP 68 garantiert. Ein absolut dichtes Steckersystem ist damit realisiert. Schon bald werden eine Gerätebuchse und Verbindungssets folgen.

E cav 229