CN107884623A - 用于测量液体介质的导电性的传导性测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明示出和描述用于测量液体介质（2）的导电性的传导性测量仪（1），其带有壳体（3）、传导式第一测量单元（7）以及用于控制第一测量单元（7）的控制设备（10），其中，第一测量单元（7）具有第一传导性测量区域、第一电极（4）和第二电极（5），并且其中，第一测量单元（7）和控制设备（10）布置在壳体（3）处。本发明任务在于，说明一种用于测量液体介质（2）的导电性的传导性测量仪（1），其传导性测量区域与现有技术相比有所增大。该任务如此解决，即传导性测量仪（1）具有带有第二传导性测量区域的第二测量单元（8）;第二测量单元（8）布置在壳体（3）处;以及控制设备（10）构造成用于控制第二测量单元（8）。

Description

用于测量液体介质的导电性的传导性测量仪

技术领域

本发明涉及一种用于测量液体介质的导电性的传导性测量仪。该传导性测量仪具有壳体、传导式第一测量单元以及用于控制第一测量单元的控制设备。第一测量单元具有第一传导性测量区域、第一电极和第二电极。在此，第一电极和第二电极形成第一测量单元。此外，第一测量单元和控制设备布置在壳体处。

背景技术

液体介质的、对于许多应用而言重要的特性是其导电性。液体介质的导电性由离子来引起，其中，正电加载的离子被称为阳离子，并且负电加载的离子被称为阴离子。对液体介质的导电性的测量例如藉由传导式测量单元结合控制设备来进行。为此，传导式测量单元具有第一和第二电极，所述第一和第二电极彼此间隔开并且沉入到液体介质中。控制设备首先确定第一与第二电极之间的液体介质的电导率。在此，电导率与第一和第二电极的面积成正比并且与第一和第二电极之间的间距成反比。由间距与面积得出的商也被称为传导式测量单元的单元常数。控制设备通过控制设备例如在电极之间施加电压并且确定流过该电压的电流来确定导率。该导率是由所测量的电流与所施加的电压得出的商。然后，通过控制设备将该导率乘以单元常数，控制设备确定了液体介质的传导性。

在第一与第二电极之间的电压、例如用于确定导率的电压给第一电极负加载并且给第二电极正加载，由此在第一与第二电极之间的液体介质中出现电场。该电场促使阳离子朝着负加载的电极运动，并且促使阴离子朝着正加载的电极运动。阳离子在负加载的电极处以及阴离子在正加载的电极处引起极化能力，该极化能力妨碍介质中的电场并由此也妨碍导率的确定。通过适当地选择单元常数，即通过适当地选择第一与第二电极之间的间距以及通过适当地选择第一和第二电极的面积，能够减少由于极化能力而对导率的确定的妨碍。

由现有技术已知带有传导式测量单元的传导性测量仪，所述传导性测量仪具有约100的动力学范围。100的动力学范围意味着，由最大能确定的传导性与最小能确定的传导性得出的商是100。最大能确定的传导性与最小能确定的传导性的特征在于，它们具有介质的实际传导性的对于应用而言最大允许的测量公差。如果以测量单元来测量传导性(其或大于最大能确定的传导性或小于最小能确定的传导性)，那么测量公差对于该应用而言不再可容忍。然而，多数应用需要远超过100的动力学范围。

发明内容

因此，本发明基于如下任务，即说明一种用于测量液体介质的导电性的传导性测量仪，其传导性测量区域与现有技术相比有所增大。

所导出的及所指出的任务首先基本上通过如下方式来解决，即传导性测量仪具有带有第二传导性测量区域的第二测量单元；第二测量单元布置在壳体处；以及控制设备构造成用于控制第二测量单元。因此，根据本发明的传导性测量仪除了带有第一传导性测量区域的第一测量单元之外仍然还具有至少一个另外的测量单元、即带有第二传导性测量区域的第二测量单元，其中，控制设备构造成用于控制所有测量单元。

传导性测量仪的传导性测量区域通过第一传导性测量区域和第二传导性测量区域来确定。由此，根据本发明的传导性测量仪相对于由现有技术已知的传导性测量仪具有如下优点，即传导性测量区域有所增大。

因为传导性测量仪的传导性测量区域通过第一传导性测量区域和第二传导性测量区域来确定，所以在根据本发明的传导性测量仪的第一有利设计方案中设置成，第一测量单元和第二测量单元如此构造，使得第一传导性测量区域与第二传导性测量区域重叠，从而传导性测量仪具有连贯的传导性测量区域。第一传导性测量区域与第二传导性测量区域重叠的传导性测量区域也被称为重叠传导性测量区域。液体介质的、处于重叠传导性测量区域中的导电性能够通过控制设备不仅以第一测量单元而且以第二测量单元来确定，由此液体介质的导电性的确定具有冗余。

在前述设计方案的一改进方案中，为了利用这种冗余而设置成，将控制设备构造成，首先以第一测量单元来确定介质的第一传导性并且以第二测量单元来确定介质的第二传导性。此外，该控制设备构造成，当所确定的第一传导性和/或所确定的第二传导性处于重叠传导性测量区域中，并且所确定的第一传导性与所确定的第二传导性彼此的偏差大于传导性公差值时，将错误信号化。在此预设了控制设备的传导性公差值，其中，该传导性公差值取决于相应的应用。这种改进方案基于如下认知，即在其导电性处于重叠传导性测量区域中的液体介质的情况下，当不存在有错误时，不仅第一测量单元而且第二测量单元必在其相应的测量公差的范围中提供相同的导电性。在选择传导性公差值时，要考虑第一测量单元的测量公差以及第二测量单元的测量公差。尤其，将传导性公差值选择成大于这两个测量公差中的更大那个。

在另外的设计方案中设置成，将控制设备构造成，通过由于重叠传导性测量区域的冗余来改进安全功能的可靠性，由此提高安全完整性等级（SIL）。

作为用于传导性测量仪的测量单元原则上一方面可能是传导式测量单元以及另一方面可能是感应式测量单元。在传导性测量区域的另外的设计方案中设置成，第二测量单元是传导式测量单元。由此，不仅第一测量单元而且第二测量单元都是传导式测量单元，由此控制设备与第二测量单元的匹配（从而控制设备不仅控制第一测量单元而且控制第二测量单元）比在第二测量单元是感应式测量单元时更简单。以这种方式节省了制造成本。

在前述设计方案的一改进方案中，为了进一步节省成本而设置成，传导性测量仪具有第三电极，并且第二电极和第三电极形成第二测量单元。由此，第一和第二测量单元总共具有三个电极。

在前述改进方案的一改进方案中，为了增大传导性测量仪的传导性测量区域和/或为了通过增大重叠传导性测量区域来提高冗余而设置成，第一电极和第三电极形成带有第三传导性测量区域的第三测量单元，并且控制设备构造成用于还控制第三测量单元。由此，控制设备不仅控制第一和第二测量单元，而且控制第三测量单元。因为所有测量单元都是传导式测量单元，所以控制设备的匹配比在测量单元中的至少一个测量单元是感应式测量单元时更简单。

测量单元及由此电极的空间上的构造和布置能够以不同的方式来实现。在电极的构造和布置的一设计方案中设置成，至少第一电极和第二电极柱状地构造并且彼此同轴到其中地布置。在另外的设计方案中设置成，至少第一电极和第二电极板状地构造并且彼此平行地布置。在另外的设计方案中设置成，传导性测量仪具有载体板，并且至少第一电极和第二电极彼此并排地布置在载体板上。

在传导性测量仪的另外的设计方案中设置成，第二测量单元不是传导式测量单元，而是感应式测量单元。感应式测量单元通常具有发射线圈和接收线圈。为了测量可导电的液体介质的导电性，使感应式测量单元沉入到介质中，由此发射线圈和接收线圈相互感应地耦合。控制设备构造成：产生电发射信号并将其供应给发射线圈；对经由介质感应到接收线圈中的测量信号进行测量；并且由所述测量信号来确定介质的传导性。

在第二测量单元是感应式测量单元的传导性测量仪的一设计方案中设置成，传导性测量仪具有柱状的、优选空心柱状的载体，并且感应式测量单元围绕柱状的载体布置。此外设置成，第一测量单元的第一电极和第二电极柱状地构造并且彼此同轴到其中地布置。此外，第一测量单元和第二测量单元彼此同轴到其中地布置。优选地，在第一测量单元和第二测量单元同轴地布置的情况下，第一测量单元围绕第二测量单元布置。这种设计方案的特征在于，第一测量单元将由第二测量单元所产生的磁场屏蔽。当感应式测量单元具有发射线圈和/或接收线圈时，感应式测量单元通过如下方式围绕柱状的载体布置、即发射线圈和/或接收线圈围绕柱状的载体布置。

在带有传导式第一测量单元及感应式第二测量单元的传导性测量仪的情况下能够以不同的方式进行第一和第二测量单元的空间上的布置。在该布置的设计方案中设置成，第一测量单元临近或平行于第二测量单元布置。在第二设计方案中设置成，第一测量单元成串地、例如同轴地布置在第二测量单元之前或之后。在另外的设计方案中设置成，第一测量单元布置在第二测量单元之下。在另外的设计方案中设置成，传导性测量仪的壳体具有保持柄杆，并且第一测量单元布置在保持柄杆中或布置在保持柄杆处。

在传导性测量仪的另外的设计方案中设置成，控制设备具有换接开关(Wechselschalter)，换接开关由控制设备控制，并且换接开关将控制设备至少与第一测量单元或第二测量单元连接。换接开关使得能够将唯一的控制设备使用于至少第一和第二测量单元。当换接开关将控制设备与测量单元中的一个测量单元连接以用于通过控制设备来控制该测量单元时，则这是一种排他的连接，这意味着，只有该测量单元由控制设备来控制。

附图说明

分别得到了设计及改进根据本发明的传导性测量仪的多个可行方案。为此不仅参考从属于独立权利要求的权利要求而且参考结合附图的接下来对优选实施例的描述。在附图中：

图1示出带有处于一布置中的传导式第一和第二测量单元的传导性测量仪的第一实施例，

图2示出来自图1的传导性测量仪的剖面图示，

图3以剖面图示示出带有处于另外的布置中的传导式第一和第二测量单元的传导性测量仪的第二实施例，

图4以剖面图示示出带有处于另外的布置中的传导式第一和第二测量单元的传导性测量仪的第三实施例

图5示出带有处于一布置中的传导式第一测量单元和感应式第二测量单元的传导性测量仪的第四实施例，

图6示出来自图5的传导性测量仪的剖面图示，

图7以剖面图示示出带有处于另外的布置中的传导式第一测量单元和感应式第二测量单元的传导性测量仪的第五实施例，

图8以剖面图示示出带有处于另外的布置中的传导式第一测量单元和感应式第二测量单元的传导性测量仪的第六实施例，

图9以剖面图示示出带有处于另外的布置中的传导式第一测量单元和感应式第二测量单元的传导性测量仪的第七实施例，以及

图10以剖面图示示出带有处于另外的布置中的传导式第一测量单元和感应式第二测量单元的传导性测量仪的第八实施例。

附图标记列表

1 传导性测量仪

2 可传导的液体介质

3 壳体

4 第一电极

5 第二电极

6 第三电极

7 第一测量单元

8 第二测量单元

9 第三测量单元

10 控制设备

11 换接开关

12 保持柄杆

13 载体板

14 柱状载体

15 发射线圈

16 接收线圈。

具体实施方式

图1以经抽象化的图示示出用于测量液体介质2的导电性的传导性测量仪1的第一实施例。图2以剖面图示示出该实施例。传导性测量仪1具有壳体3、第一电极4、第二电极5和第三电极6，其中，电极4、5、6布置在壳体3处。第一电极4和第二电极5形成带有第一传导性测量区域的传导式第一测量单元7，第二电极5和第三电极6形成带有第二传导性测量区域的传导式第二测量单元8，并且第一电极4和第三电极6形成带有第三传导性测量区域的传导式第三测量单元9。在此，介质2尤其一方面在第一电极4与第二电极5之间，并且另一方面在第二电极5与第三电极6之间，并且与电极4、5、6处于接触中。通过电极4、5、6在壳体3处的布置，也使测量单元7、8、9布置在该壳体处。测量单元7、8、9中的每个测量单元分别具有单元常数，其中，如此确定所述单元常数，使得一方面第一传导性测量区域和第二传导性测量区域彼此重叠，从而出现第一重叠传导性测量区域，并且另一方面第二传导性测量区域和第三传导性测量区域彼此重叠，从而出现第二重叠传导性测量区域。

此外，传导性测量仪1具有带有换接开关11的控制设备10，其中，控制设备10构造成用于控制换接开关11。此外，控制设备10也构造成用于控制测量单元7、8、9。换接开关11使得唯一的控制设备10能够与多个测量单元7、8、9一起使用。换接开关11以通过控制设备10来控制的方式将控制设备10或者与第一测量单元7或者与第二测量单元8或者与第三测量单元9连接，从而控制设备10在运行中在一时间点分别以测量单元7、8、9中的一个测量单元来确定液体介质2的传导性。在此，控制设备10与测量单元7、8、9中的一个测量单元之间的连接是排他的，这意味着，另外两个测量单元于是不可通过控制设备10来控制。控制设备10的用于控制测量单元7、8、9的构造尤其包括用于以测量单元7、8、9来确定介质的传导性的构造。

此外，控制设备10构造成，在运行中首先以第一测量单元7来确定介质2的第一传导性，并且以第二测量单元8来确定介质2的第二传导性，并且然后当所确定的第一传导性和/或所确定的第二传导性处于第一重叠传导性测量区域中且所确定的第一传导性和所确定的第二传导性彼此偏差大于存储在控制设备10中的传导性公差值时，便将错误信号化。相应地，控制设备10构造成，首先以第二测量单元8来确定介质2的第一传导性，并且以第三测量单元9来确定介质2的第二传导性，并且然后当所确定的第一传导性和/或所确定的第二传导性处于第二重叠传导性测量区域中且所确定的第一传导性和所确定的第二传导性彼此偏差大于传导性公差值时，便将错误信号化。控制设备10的这种设计方案基于如下认知，即在其导电性或者处于第一重叠传导性测量区域中或者处于第二重叠传导性测量区域中的液体介质的情况下，当不存在错误时，或者第一测量单元7及第二测量单元8或者第二测量单元8及第三测量单元9必在其相应的测量公差范围内提供介质2的相同的导电性。在选择传导性公差值时，要考虑测量单元7、8、9的测量公差。尤其，将传导性公差值选择成大于这三个测量公差中的最大的那个。

此外，传导性测量仪1的壳体3具有保持柄杆12，在该保持柄杆处能够固定有传导性测量仪1，从而测量单元7、8、9沉入到可传导的液体介质2中。此外，保持柄杆12将壳体3的、其中布置有控制设备10和换接开关11的部分与壳体3的、其中布置有测量单元7、8、9的部分进行连接。在保持柄杆12中也通常伸延有电连接线路，该连接线路将电极4、5、6与换接开关11连接。

在该实施例中，电极4、5、6柱状地构造。在此，第一电极4和第二电极5分别是空心柱体，并且第三电极6是由可导电的材料构成的实心柱体。电极4、5、6彼此同轴到其中地布置。

图3以经抽象化的剖面图示示出传导性测量仪1的第二实施例。除了在下面所示出的区别以外，该实施例相应于第一实施例，因此除此以外，针对第一实施例的实施方案相应地适用于第二实施例。

传导性测量仪1的第二实施例像第一实施例那样具有第一电极4、第二电极5和第三电极6，其中，电极不是柱状地、而是板状地构造。电极也不是彼此同轴到其中地、而是彼此平行地布置。

图4以经抽象化的剖面图示示出传导性测量仪1的第三实施例。除了在下面所示出的区别以外，该实施例相应于第一实施例，因此除此以外，针对第一实施例的实施方案相应地适用于第三实施例。

传导性测量仪1的第三实施例像第一实施例那样具有第一电极4、第二电极5和第三电极6。此外，传导性测量仪1具有载体板13，在该载体板上彼此并排地布置有第一电极4、第二电极5和第三电极6。

图5以经抽象的图示示出用于测量液体介质2的导电性的传导性测量仪1的第四实施例，该传导性测量仪带有壳体3、传导式第一测量单元7和感应式第二测量单元8。图6以剖面图示示出了该实施例。与前述实施例相比，根据该实施例的传导性测量仪1现在不再仅仅具有传导式测量单元，而是还具有感应式第二测量单元8。

第一测量单元7具有第一传导性测量区域并且通过第一电极4和第二电极5来形成，其中，这两个电极4、5柱状地构造并且布置在壳体3处，由此第一测量单元7也布置在壳体3处。第二测量单元8具有第二传导性测量区域和空心柱状的载体14，该载体同样布置在壳体3处，并且在该载体上缠绕有发射线圈15和接收线圈16。柱状的载体14、第一电极4和第二电极5彼此同轴到其中地布置。在此，介质2尤其在第一电极4与第二电极5之间并且与电极4、5处于接触中。此外，介质2也在空心柱状的载体14中。第一测量单元7和第二测量单元8如此构造，使得第一传导性测量区域与第二传导性测量区域彼此重叠，从而出现第一重叠传导性范围。

此外，传导性测量仪1具有带有换接开关11的控制设备10，其中，控制设备10构造成用于控制换接开关11。此外，控制设备10也构造成用于控制测量单元7、8。换接开关11使得唯一的控制设备10与多个测量单元7、8能够一起使用。换接开关11以通过控制设备10控制的方式将控制设备10或者与第一测量单元7或者与第二测量单元8连接，从而控制设备10在运行中在一时间点分别以测量单元7、8中的一个测量单元来确定液体介质2的传导性。在此，控制设备10与测量单元7、8中的一个测量单元之间的连接是排他的，这意味着，另外的测量单元便不能够通过控制设备10来控制。控制设备10的用于控制测量单元7、8的构造尤其包括用于以测量单元7、8来确定介质的传导性的构造。

除此以外，针对第一实施例的实施方案相应地也适用于第四实施例。

图7以经抽象化的剖面图示示出传导性测量仪1的第五实施例。除了在下面所示出的区别以外，该实施例相应于第四实施例，因此除此以外，针对第四实施例的实施方案相应地适用于第五实施例。

传导性测量仪1的第五实施例像第四实施例那样具有传导式第一测量单元7和感应式第二测量单元8。然而，测量单元7、8不是彼此同轴到其中地、而是彼此平行地在一平面中垂直于保持柄杆12地布置。在此，彼此平行的布置是彼此并排的布置的一种特殊形式。

图8以经抽象化的剖面图示示出传导性测量仪1的第六实施例。除了在下面所示出的区别以外，该实施例相应于第四实施例，因此除此以外，针对第四实施例的实施方案相应地适用于第六实施例。

传导性测量仪1的第六实施例像第四实施例那样具有传导式第一测量单元7和感应式第二测量单元8。然而，测量单元7、8不是彼此同轴到其中地、而是同轴地成串地依次布置。在该实施例中，第一测量单元7布置在第二测量单元8之前，其中，在其它实施例中也给出相反的布置。

图9以经抽象化的剖面图示示出传导性测量仪1的第七实施例。除了在下面所示出的区别以外，该实施例相应于第四实施例，因此除此以外，针对第四实施例的实施方案相应地适用于第七实施例。

传导性测量仪1的第七实施例像第四实施例那样具有传导式第一测量单元7和感应式第二测量单元8。然而，测量单元7、8不是彼此同轴到其中地布置，而是第一测量单元7关于保持柄杆12布置在第二测量单元8之下。

图10以经抽象化的图示示出传导性测量仪1的第八实施例。除了在下面所示出的区别以外，该实施例相应于第四实施例，因此除此以外，针对第四实施例的实施方案相应地适用于第八实施例。

传导性测量仪1的第八实施例像第四实施例那样具有传导式第一测量单元7和感应式第二测量单元8。然而，测量单元7、8不是彼此同轴到其中地布置，而是第一测量单元7布置在保持柄杆12的一侧处并且第二测量单元8布置在保持柄杆12的一端部处。

Claims (11)

1.一种传导性测量仪（1），用于测量液体介质（2）的导电性，所述传导性测量仪带有壳体（3）、传导式第一测量单元（7）以及用于控制所述第一测量单元（7）的控制设备（10），其中，所述第一测量单元（7）具有第一传导性测量区域、第一电极（4）和第二电极（5），并且其中，所述第一测量单元（7）和所述控制设备（10）布置在所述壳体（3）处，

其特征在于，

所述传导性测量仪（1）具有带有第二传导性测量区域的第二测量单元（8），

所述第二测量单元（8）布置在所述壳体（3）处，

以及，所述控制设备（10）构造成用于控制所述第二测量单元（8）。

2.根据权利要求1所述的传导性测量仪（1），其特征在于，所述第一测量单元（7）和所述第二测量单元（8）如此构造，使得所述第一传导性测量区域与所述第二传导性测量区域重叠。

3.根据权利要求2所述的传导性测量仪（1），其特征在于，所述控制设备（10）构造成，

以所述第一测量单元（7）来确定所述介质（2）的第一传导性并且以第二测量单元（8）来确定所述介质（2）的第二传导性，

以及，当所确定的第一传导性和/或所确定的第二传导性处于重叠传导性测量区域中，并且所确定的第一传导性与所确定的第二传导性彼此偏差大于传导性公差值时，将错误信号化。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传导性测量仪（1），其特征在于，所述第二测量单元（8）是传导式测量单元。

5.根据权利要求4所述的传导性测量仪（1），其特征在于，所述传导性测量仪（1）具有第三电极（6），并且所述第二电极（5）和所述第三电极（6）形成所述第二测量单元（8）。

6.根据权利要求5所述的传导性测量仪（1），其特征在于，所述第一电极（4）和所述第三电极（6）形成带有第三传导性测量区域的第三测量单元（9），并且所述控制设备（10）构造成用于控制所述第三测量单元（9）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的传导性测量仪（1），其特征在于，

至少所述第一电极（4）和所述第二电极（5）柱状地构造并且彼此同轴到其中地布置，

或至少所述第一电极（4）和所述第二电极（5）板状地构造并且彼此平行地布置，

或所述传导性测量仪（1）具有载体板（13），并且至少所述第一电极（4）和所述第二电极（5）彼此并排地布置在所述载体板（13）上。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的传导性测量仪（1），其特征在于，所述第二测量单元（8）是感应式测量单元。

9.根据权利要求8所述的传导性测量仪（1），其特征在于，所述传导性测量仪（1）具有柱状的载体（14），并且所述感应式测量单元（8）围绕所述柱状的载体（14）布置，

所述第一测量单元（7）的第一电极（4）和第二电极（5）柱状地构造并且彼此同轴到其中地布置，

以及，所述第一测量单元（7）和所述第二测量单元（8）彼此同轴到其中地布置。

10.根据权利要求8所述的传导性测量仪（1），其特征在于，

所述第一测量单元（7）临近于或平行于所述第二测量单元（8）布置，

或所述第一测量单元（7）成串地布置在所述第二测量单元（8）之前或之后，

或所述第一测量单元（7）布置在所述第二测量单元（8）之下，

或所述壳体（3）具有保持柄杆（12），并且所述第一测量单元（7）布置在所述保持柄杆（12）中或布置在所述保持柄杆（12）处。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的传导性测量仪（1），其特征在于，所述控制设备（10）具有换接开关（11），所述换接开关（11）由所述控制设备（10）控制，并且所述换接开关（11）将所述控制设备（10）至少与所述第一测量单元（7）或所述第二测量单元（8）连接。