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Me sselektrod enanordnun g
Es sind viele Elektrodenanordnungen zum Messen der Dielektrizitätskonstanten flüssiger und breiför- miger Stoffe bekannt, doch wurde bei keiner derselben die die Messgenauigkeit störende schädliche Wirkung der unvermeidlichen Messelektroden-Streukapazität beseitigt. Bei den bekannten Ausführungen er- folgt die Messung jeweils derart, dass zwischen die zueinander ortsfest angeordneten Elektroden eine vorbestimmte Stoffmenge eingebracht wird. Bei diesem Messverfahren mit derartiger Messelektrodenanordnung kann ein elektrisches Feld, welches ausschliesslich in dem zwischen den Belägen angebrachten Stoff konzentriert ist, nicht erzielt werden. Ein Teil der Kraftlinien schliesst sich durch die Umgebung und durch die Luft in den die Elektroden haltenden bzw. dieselben voneinander isolierenden Stoffen.
Die genaue Feststellung der Auswirkung der die Messgenauigkeit beeinflussenden schädlichen Umstände, sowie die Berücksichtigung derselben bei den Messergebnissen ist ausserordentlich schwierig und unverlässlich, insbesondere dadurch, dass der Fehlerbetrag von den zu messenden Dielektrizitätskonstanten abhängig ist.
Da bedeutet auch die Anwendung eines sogenannten Schutzringes, welcher von der Messelektrode notwendigerweise ebenfalls durch Isoliermaterial abgesondert ist, keine entsprechende Hilfe.
Das Ziel der Erfindung ist eine Messelektrodenanordnung und eine Messmethode zu schaffen, bei denen die schädliche Wirkung der Streukapazitäten nicht zur Geltung gelangt.
Dies wird auf folgende Weise erzielt : a) Es wird im Messraum die Gleichheit der Streukapazitäten unabhängig von der Dielektrizitätskonstanten des zu messenden Stoffes gesichert. b) Abweichend von der bekannten Praxis erfolgt das Messen derart, dass eine sondenförmig ausgebildete Elektrode im Laufe ihrer Vorschubbewegung in den zu messenden Stoff eintaucht, c) Es werden die beim Vorschub der Sonde entstehenden Kapazitätsänderungen gemessen. d) Es werden Messverhältnisse verwirklicht, bei welchen der Sondenvorschub mit der entstehenden Kapazitätsänderung proportional ist. e) Dieses Verhältnis ist von dem zwischen den Elektroden befindlichen Dielektrikum unabhängig.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäss eine Messelektrodenanordnung mit lediglich zwei Elektroden. die als Messelektroden dienen, wobei die Anordnung insbesondere zum Messen der Dielektrizitätskonstanten und Leitfähigkeit von Flüssigkeiten und breiartigen Stoffen unter Ausschaltung der Streukapazitätswirkung durch Messen von Kapazitätsdifferenzen bzw. Widerstandsdifferenzen geeignet ist, und es ist kennzeichnend für den Erfindungsgegenstand, dass eine von den beiden Elektroden als Gefässelektrode zur Aufnahme des zu messenden Stoffes und die andere als eine in diese Gefässelektrode eintauchbare, in der Längsrichtung verstellbare Sondenelektrode ausgebildet ist, und die Sondenelektrode in einer feststehenden Halterung geführt ist, wobei nach einer gewissen Eintauchtiefe der Streukapazitätswert unverändert bleibt.
Wird nämlich die Sondenelektrode ins Gefäss eingetaucht, so nehmen die Streukapazitätsänderungen mit zunehmender Eindringtiefe der Sondenelektrode in das Gefäss ab, und bei einer gewissen Tiefe bleiben die Streukapazitätsänderungen praktisch weg. Je höher die Dielektrizitätskonstante des zu messenden Stoffes ist, umso geringer ergibt sich die Eintauchtiefe der Elektrode, bei welcher dieser Zustand erfolgt. Dies bezieht sich auch auf die Leitfähigkeit, d. h. nach einer gewissen Grundeintauchung wird auch die Leitfähigkeitszunahme mit der Eintauchung proportional. Ist das Gefäss derart, z.
B. zylindrisch, ausgebildet, dass die Seitenwände des Gefässes sich im Laufe der Eintauchung immer in gleichem Abstand von
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der Sonde befinden, dann bewirkt nach der Erzielung der unveränderlichen Streukapazität ein jeder Län- geneinheitsvorschub der Sondenelektrode die gleiche Kapazitäts- und Leitfähigkeitserhöhung. Bei der er- findungsgemässenAusführung werden ausser der Ausschaltung der schädlichen Wirkung der Streukapazitäts- änderungen auch noch weitere Vorteile gesichert. So kann auch die Dielektrizitätskonstante in einem breiten Bereich gemessen werden. Eine grössere Eintauchung wird bei einer geringeren Dielektrizitätskon- stanten und eine geringere Eintauchung bei einer grösseren Dielektriztitäskonstanten angewendet.
Die Anordnung ist auch zur Kapazitätsmessung von Stoffen mit grosser Leitfähigkeit geeignet, da ja eine desto geringere Grundeintauchung zur Beseitigung der Streukapazitätswirkung nötig ist, je grösser sich die Leitfähigkeit ergibt. Auf diese Weise kann die Sondeneintauchung derart eingestellt werden, dass der zu messende Kapazitätswert genügend gering und damit binnen der Messgrenzen gehalten bleibt. Bei Leitfähigkeitsmessungen ist es am besten, die Gefässelektrode mit einem Rechteckquerschnitt auszubilden und eine plattenförmige Sondenelektrode zu verwenden, da in diesem Fall grosse Oberflächen einander gegenüber stehen, und auch die Stromdichte wird an der Sondenelektrode nicht zu hoch.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Ausführung besteht darin, dass dieselbe keine Eichmasse benötigt. Da das Messen auf Grund der Definition der Dielektrizitätskonstanten ausgeführt wird, d. h. es wird gemessen, wievielfach die Änderung C im zu messenden Stoff grösser ist in der Luft ist, kann die Einrichtung in sich selbst geeicht werden.
Mittels der erfindungsgemässen Einrichtung kann der Wert der Dielektrizitätskonstanten unmittelbar abgelesen werden, indem der den Vorschub bewerkstelligende Mikrometerkopf mit einer entsprechenden Skala versehen wird.
Zur Ergänzung sei noch erwähnt, dass der Querschnitt der Sondenelektrode vorteilhaft als Kreis ausgebildet werden kann. Im weiteren kann der Querschnitt der Gefässelektrode dem Querschnitt der Sondenelektrode angepasst werden.
Auch die Wand der Gefässelektrode braucht nicht unbedingt parallel mit der Eindringrichtung der Sondenelektrode ausgeführt sein. Dieselbe kann auch z. B. eine trichterartige Ausbildung haben. Die letzterwähnte Ausbildungsform lässt die Erfindung im Wesen unberührt. Es bleibt nämlich das Verhältnis der Verschiebúng der Sondenelektrode zu der infolgedessen entstehendenKapazitätsänderung im Dielektri- kum (im zu messenden Stoff) sowie auch in der Luft gleichwertig. Dabei wird nur die Beziehung des Sondenvorschubs und der Kapaztitätsänderung nicht linear, was z. B. bei der Anwendung einer Mikrometerschraube mit Linearskala erwünscht wäre.
Es wird noch erwähnt, dass sich beim Eintauchen der Sonde die Oberfläche des zu messenden Stoffes notwendigerweise hebt, doch ist dies bei einer entsprechenden Wahl der Abmessungen, z. B. bei der Anwendung eines kleinen Sondendurchmessers mit einem grossen Gefässdurchmesser, im allgemeinen vernachlässigbar, d. h. die Messgenauigkeit wird nicht beeinflusst. In jenen Spezialfällen, in welchen dies nicht zu vernachlässigen ist, kann aus den Elektrodenabmessungen die'Oberflächenerhöhung und die damit verbundene Kapazitätserhöhung berechnet und einfach perzentuell in Betracht gezogen werden oder aber bei der Eichung der Mikrometerskala berücksichtigt und in den mechanischen Ausführungen korrigiert werden.
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te als die Luft aufweist, angefüllt ist.
Ist die Elektrode leer, enthält sie also anstatt des zu messenden Stoffes lediglich Luft, so sind die zu den obigen Sondenstellungen gehörigen entsprechenden Kapazität-
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Die Dielektrizitätskonstante eines Isolierstoffes bezeichnet definitionsgemäss das Verhältnis der Kapazität eines Kondensators mit diesem Isolierstoff zur Kapazität des gleichen Kondensators in Luft. Dementsprechend kann aus folgender Formel berechnet werden :
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Der auf diese Weise berechnete Wert enthält aber Fehler, da ja die angewandten Kapazitätswerte auch unbekannte Streukapazitäten enthalten. Dieser Fehler kann aber eliminiert werden, falls die Dielektrizitätskonstante aus der Differenz der oben angeführten Kapazitäten berechnet wird :
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Auf diese Weise wird die Dielektrizitätskonstante des zu messenden Stoffes fehlerfrei erhalten.
Gemäss einer andern Messmethode wird bei gleichem Kapazitätswert C in der Luft und in dem zu messenden Stoff der dazugehörige Vorschub"lg"bzw."ld"festgestellt, wobei
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ist.
Bei der letzteren Messmethode kann der Wert E auch unmittelbar von der auf der Mikrometerschraube angeordneten Skala abgelesen werden. Diese ist bei einer zylindrischen Gefässelektrode eine Reziprokskala.
Die Leitfähigkeit ist die Leitung eines Stoffes, dessen Längen- und Querschnittabmessung eine Einheit beträgt. Wird also die dementsprechende Sondeneintauchung festgestellt, kann die Leitfähigkeit des Stoffes auch unmittelbar gemessen werden. Durch die sondenartige Ausbildung der Elektrode und durch die Einstellung mittels einer Mikrometerschraube wird eine höhere Messgenauigkeit als bei den meisten bekannten Anordnungen gesichert.
PATENTANSPRÜCHE : l Messelektrodenanordnung mit lediglich zwei Elektroden, die als Messelektroden dienen, insbesondere zum Messen der Dielektrizitätskonstanten und Leitfähigkeit von Flüssigkeiten und breiartigen Stoffen unter Ausschaltung der Streukapazitätswirkung durch Messen von Kapazitätsdifferenzen bzw.
wi- derstandsdifferenzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine von den beiden Elektroden als Gefässelektrode (2) zur Aufnahme des zu messenden Stoffes (3) und die andere als eine in dieseGefässelektrode eintauchbare, in der Längsrichtung verstellbare Sondenelektrode (1) ausgebildet ist und die Sondenelektrode (1) in einer feststehenden Halterung (8) geführt ist, wobei nach einer gewissen Eintauchtiefe der Streukapazitätswert unverändert bleibt.