DD239476A1

DD239476A1 - Anordnung zur dielektrischen charakterisierung fluessiger medien

Info

Publication number: DD239476A1
Application number: DD27856785A
Authority: DD
Inventors: Joachim Schlueter
Original assignee: Fz D Werkzeugindustrie Veb Wer
Priority date: 1985-07-15
Filing date: 1985-07-15
Publication date: 1986-09-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur dielektrischen Charakterisierung fluessiger Medien, insbesondere Mehrkomponentensystemen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Anwendungsbereich solcher Anordnungen zu erweitern und den Schaltungsaufwand zu verringern. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu entwickeln, die eine Charakterisierung fluessiger Medien unterschiedlichster Zusammensetzung gestattet und die hinsichtlich der Erfassung sowie Auswertung der Messwerte verbessert ist. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass dem Eingang eines Parallelresonanz-Schwingkreises ein Generator, der eine in weiten Frequenzgrenzen waehlbare quarzstabile sinusfoermige Wechselspannung erzeugt, vorgeschaltet ist und dass dem Kondensator des Parallelresonanz-Schwingkreises ein kontinuierlich durchstimmbarer Drehkondensator, dessen Drehachse mit der Antriebsachse eines y-t-Schreibers verbunden ist, parallel geschaltet ist, wobei die Resonanzspannung des Schwingkreises ueber einen Hochfrequenzgleichrichter und einen Messverstaerker dem y-Eingang des y-t-Schreibers zugefuehrt wird. Die Erfindung ist vorzugsweise zur Charakterisierung dynamischer Vorgaenge in fluessigen Mehrkomponentensystemen anwendbar. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur dielektrischen Charakterisierung flüssiger Medien, insbesondere von Mehrkomponentensystemen, wie beispielsweise Suspensionen oder Emulsionen, die eine Baueinheit zur Erzeugung einer Wechselspannung und einen Parallelresonanz-Schwingkreis aufweist, dessen Kondensator das zu charakterisierende flüssige Medium enthält, wobei über einer periodische Erfassung der Kapazitäts- und Resonanzspannungswerte des Schwingkreises Veränderungen der dielektrischen Werte des Mediums ermittelt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Schaltungsanordnungen zur dielektrischen Charakterisierung flüssiger Medien sind bekannt.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung, mit deren Hilfe Feststoffkonzentrationen in Suspensionen bestimmt werden, wird die Kapazität eines Plattenkondensators, der von der Suspension durchströmt wird, über den an einem mit dem Kondensator in Reihe geschalteten Meßwiderstand auftretenden Spannungsabfall gemessen, der durch einen Meßverstärker verstärkt und an einem Anzeigegerät angezeigt wird (DE-OS 2412165).

Bei einer Änderung des Feststoffgehaltes der Suspension, der mit einer Änderung der Dielektrizitätszahl der Suspension im Plattenkondensator verbunden ist, ändert sich auch die Kapazität des Plattenkondensators, was zu einer Änderung des Spannungsabfallsam Meßwiderstand und damit zu einer Änderung des Meßwertes am Anzeigegerät führt.

Durch einen Generator wird eine Wechselspannung bestimmter Frequenz erzeugt, die zwischen dem Eingang des Plattenkondensators und dem Ausgangs des Meßwiderstandes anliegt.

Ein ähnliches Meßprinzip wird auch in der DE-OS 3117525 zur Bestimmung der Zusammensetzung wässriger Emulsionen beschrieben. Durch Kapazitätsmessungen eines Kondensators, der Bestandteil einer Meßbrücke ist und von der Emulsion durchströmt wird, werden Veränderungen des dielektrischen Verhaltens der Emulsion festgestellt und dadurch Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Emulsion gezogen. Die Meßbrücke wird durch eine Wechselstromquelle ganz bestimmter Frequenz gespeist.

Ein Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnungen besteht darin, daß sie auf Grund ihrer spezifischen Anwendungsgebiete nur mit einer Wechselspannung ganz bestimmter Frequenz gespeist werden. Die zur Charakterisierung flüssiger Medien sehr unterschiedlicher Zusammensetzung erforderliche hohe Frequenzbreite kann mit diesen Schaltungsanordnungen nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand realisiert werden.

Die nach der DE-OS 2412165 bekannt gewordene Schaltungsanordnung weist den Nachteil auf, daß eine Bestimmung des dielektrischen Verlustfaktors der zu charakterisierenden Suspension nicht möglich ist, was aber für bestimmte dispersoidanalytische Untersuchungen notwendig ist.

An der nach der DE-OS 3117525 beschriebenen Schaltungsanordnung ist nachteilig, daß nur eine einmalige Bestimmung des dielektrischen Verlustfaktors möglich ist.

Bei Langzeitmessungen mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung ist ein Abgleichen der Meßbrücke notwendig, was einen hohen Schaltungsaufwand erfordert.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist auch schon eine Schaltungsanordnung bekannt geworden, die aus zwei Parallelresonanz-Schwingkreisen, von denen einer das zu charakterisierende verlustbehaftete Dielektrikum enthält, besteht. Mit dieser Anordnung ist es möglicht, Kapazitätsmessungen und die Messung dielektrischer Verluste durchzuführen, indem beide Schwingkreise hinsichtlich der Leitwertänderungen miteinander verglichen werden (DD-PS 202764). Während sich diese Schaltungsanordnung durch eine sehr hohe Meßgenauigkeit auszeichnet, ist sie mit dem Nachteil behaftet, daß die zur dielektrischen Charakterisierung von flüssigen Medien sehr unterschiedlicher Zusammensetzung erforderliche Frequenzbandbreite nur durch Umdimensionierung der Schwingkreise erreichbar ist. Aus diesem Grunde ist diese bekannte Schaltungsanordnung für die Charakterisierung flüssiger Medien unterschiedlichster Zusammensetzungen nicht geeignet. Hinzu kommt noch, daß diese Schaltungsanordnung einen relativ hohen Aufwand an elektronischen Bauelementen erfordert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur dielektrischen Charakterisierung flüssiger Medien zu entwickeln, die sich durch eine universelle Anwendbarkeit, große Empfindlichkeit und hohe Zuverlässigkeit auszeichnet und die gleichzeitig mit einem geringeren Aufwand an elektronischen Bauelementen auskommt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur dielektrischen Charakterisierung eines flüssigen Mediums, das als Dielektrikum des Kondensators eines Parallelresonanz-Schwingkreises wirkt, zu schaffen, die eine dielektrische Charakterisierung flüssiger Medien sehr unterschiedlicher Zusammensetzung gestattet und die hinsichtlich der Erfassung sowie Auswertung der Meßwerte verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Eingang des Parallelresonanz-Schwingkreises ein Generator, der eine in weiten Frequenzgrenzen wählbare quarzstabile sinusförmige Wechselspannung erzeugt, vorgeschaltet ist und daß dem Kondensator des Parallelresonanz-Schwingkreises ein kontinuierlich durchstimmbarer Drehkondensator, dessen Drehachse mit der Antriebsachse eines y-t-Schreibers mechanisch gekoppelt ist, parallel geschaltet ist, wobei die sich bei der Resonanz des Parallelresonanz-Schwingkreises ergebende Resonanzspannung über einen Hochfrequenzgleichrichter sowie einen hochohmigen Meßverstärker dem y-Eingang des y-t-Schreibers zugeführt wird.

Der Generator zur Erzeugung einer in weiten Frequenzgrenzen wählbaren sinusförmigen Wechselspannung ist aus einem quarzstabilen Oszillator, einem programmierbaren oder fest eingestellten Frequenzteiler zur mehrfachen Frequenzteilung der Wechselspannung, mehreren Tiefpässen zur Umformung der rechteckförmigen in sägezahnförmige Wechselspannungen, mehreren Frequenzwahlschaltern, einem Digital-Analogwandler zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung sowie einem Stellglied zur Impedanz-und Pegelanpassung gebildet.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung können die Meßsignale zur Auswertung auch über einen dem Ausgang des Meßverstärkers parallel geschalteten Analog-Digital-Wandler einem Kleinrechner zugeführt werden. Die direkte Kopplung der Drehachse des kontinuierlich durchstimmbaren Drehkondensators mit der Antriebsachse des y-t-Schreibers ermöglicht eine Eichung der Zeitachse in Kapazitätswerte, die dem Drehwinkel des Drehkondensators proportional sind, zuzüglich einer Kapazität, die durch den Kapazitätswert des Meßkondensators und der Leitungszuführungen gegeben ist. Durch den y-t-Sch reiber wird pro Umdrehung seiner Antriebsachse eine Resonanzspannungskurve aufgezeichnet, die hinsichtlich des bei dem maximalen Resonanzspannungswert auftretenden Kapazitätswertes aus dem die Dielektrizitätszahl bestimmt werden kann sowie hinsichtlich der sich aus dem maximalen Resonanzspannungswert der Kurve ergebenden Halbwertsbreite, aus der der dielektrische Verlustfaktor bestimmt werden kann, ausgewertet wird.

Die Auswertung dieser Meßsignale kann entweder durch direkte Vermessung der Kurve oder mit Hilfe eines Kleinrechners erfolgen. Durch eine zeitlich konstante Wiederholung des Meßvorganges erhält man mehrere Resonanzspannungskurven, aus denen die Veränderung der dielektrischen Stoffdaten, die durch dynamische Veränderungen des im Meßkondensator befindlichen flüssigen Mediums hervorgerufen werden, ermittelt werden kann. Entsprechend der Veränderung der dielektrischen Stoffdaten kann das Medium beispielsweise hinsichtlich der Bestimmung von Teilchengrößenverteilungen sowie der Erfassung dynamischer Phasenübergänge oder von Alterungsprozessen charakterisiert werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik insbesondere dadurch aus, daß sie durch die Anordnung eines Generators, der eine in weiten Frequenzgrenzen wählbare quarzstabile, sinusförmige Wechselspannung für den Parallelresonanz-Schwingkreis erzeugt, die dielektrische Charakterisierung flüssiger Medien sehr unterschiedlicher Zusammensetzung gestattet, wodurch der Anwendungsbereich wesentlich erweitert wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines y-t-Schreibers, dessen Antriebsachse mit der Drehachse des Drehkondensators des Parallelresonanz-Schwingkreises gekoppelt ist und an dessen y-Eingang die sich bei der Resonanz des Schwingkreises ergebende Resonanzspannung gegeben wird, ist mit einem relativ geringen elektronischen Aufwand eine einfache Möglichkeit geschaffen worden, durch die Aufzeichnung mehrerer Resonanzspannungskurven über eine längere Zeit ein flüssiges Medium dielektrisch zu charakterisieren.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1: die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung

Fig. 2: eine mit dem y-t-Schreiber der erfindungsgemäßen Anordnung aufgezeichnete Resonanzspannungskurve Wie aus der Fig. 1 der Patentzeichnung hervorgeht, besteht die erfindungsgemäße Anordnung im wesentlichen aus einem Generator 1, der eine in weiten Frequenzbereichen wählbare quarzstabile, sinusförmige Wechselspannung erzeugt, einem

Parallelresonanz-Schwingkreis 2 sowie einem y-t-Schreiber 3.

Der Generator 1 besteht aus einem einen Schwingquarz enthaltenden Oszillator 4 zur Erzeugung einer rechtförmigen Wechselspannung bestimmter Frequenz, einem programmierbaren oder fest eingestellten Frequenzteiler 5 zur mehrfachen Frequenzteiler der Wechselspannung entsprechend den Erfordernissen, mehreren Tiefpässen 6 zur Umformung der rechteckförmigen in sägezahnförmigen Wechselspannungen, mehreren Frequenzwahlschaltern 7 zur Auswahl der benötigten Wechselspannung, einem Digital-Analog-Wandler 8 zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung sowie einem Stellglied 9 zur Impedanz- und Pegelanpassung der sinusförmigen Wechselspannung. Die mit Hilfe des Generators 1 gewählte sinusförmige Wechselspannung wird über einen Einkoppelkondensator 10 in den Parallelresonanz-Schwingkreis 2 eingekoppelt.

Der Parallelresonanz-Schwingkreis 2 besteht aus mehreren parallel zueinander geschalteten Spulen 11, die über einen Bereichswahlschalter 12 entsprechend den Resonanzbedingungen wahlweise einschaltbar sind, einem das zu charakterisierende flüssige Medium als Dieletrikum enthaltenden, über ein Buchsenpaar 13 anschließbaren Meßkondensator 14 sowie einem parallel zum Meßkondensator 14 geschalteten kontinuierlich durchstimmbaren Drehkondensator 15.

Die Achse des Drehkondensators 15 ist über eine mechanische Kopplung 16 mit der Antriebsachse 17 des y-t-Schreibers 3, dessen Vorschubgeschwindigkeit wählbar ist und damit dem Resonanzverhalten des Parallelresonanz-Schwingkreis 2 angepaßt werden kann, verbunden.

Die sich bei einer Resonanz des Parallelresonanz-Schwingkreis 2 ergebende Resonanzspannung wird über einen Auskoppelkondensator 18 und einen Hochfrequenzgleichrichter 19 einem hochohmigen Meßverstärker 20 zugeführt und gelangt an deny-Eingang des y-t-Sch reibers 3. Durch deny-t-Schreiber3 wird je Umdrehung seiner Antriebsachse in Abhängigkeit von der wirksamen Kapazität eine Resonanzspannungskurve aufgezeichnet (Fig. 2).

Während sich aus dem Quotienten des bei dem maximalen Resonanzspannungswert U_max auftretenden Kapazitätswerte Ci und des ermittelten Kapazitätswertes des Meßkondensators 14 mit Luftais Dielektrikum die Dieletrizitätszahl ergibt, wird aus dem Resonanzspannungswerte U_max die Halbwertsbreite H, die dem dielektrischen Verlustfaktor direkt proportional ist, ermittelt. Die Ermittlung der Halbwertbreite H erfolgt derart, daß aus dem Resoananzspannungswert U_max durch Division mit y/2 ein Spannungswert U_H erhalten wird, dessen Größe die Halbwertsbreite H festlegt.

Durch eine zeitlich konstante Wiederholung des Meßvorganges werden mehrere Resonanzspannungskurven aufgezeichnet, aus denen die zeitliche Veränderung der dielektrischen Stoffdaten, die durch dynamische Veränderungen des im Meßkondensator befindlichen flüssigen Mediums hervorgerufen werden, ermittelt werden kann. Entsprechend der zeitlichen Veränderung der dielektrischen Stoffdaten kann das Medium beispielsweise hinsichtlich der Bestimmung von Teilchengrößenverteilungen sowie der Erfassung dynamischer Phasenübergänge oder von Alterungsprozessen charakterisiert werden.

Die Meßsignale des Parallelresonanz-Schwingkreises 2 können zur Auswertung auch über einen am Ausgang des Meßverstärker 20 parallel geschalteten Analog-Digital-Wandler 21 einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kleinrechner, der an der Buchse 22 angeschlossen werden kann, zugeführt werden.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Anordnung zur dielektrischen Charakterisierung flüssiger Medien, insbesondere Mehrkomponentensystemen, wie beispielsweise Suspensionen oder Emulsionen, die einen Prallelresonanz-Schwingkreis aufweist, dessen Kondensator das zu charakterisierende Medium als Dielektrikum enthält, wobei über eine periodische Erfassung von Meßwerten des Schwingkreises Veränderungen der dielektrischen Werte des flüssigen Mediums ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Parallelresonanz-Schwingkreises (2) ein Generator (1), der eine in weiten Frequenzgrenzen wählbare quarzstabile sinusförmige Wechselspannung erzeugt, vorgeschaltet ist und daß dem Kondensator (14) des Parallelresonanz-Schwingkreises (2) ein kontinuierlich durchstimmbar Drehkondensator (15), dessen Drehachse mit der Antriebsachse (17) eines y-t-Schreibers (3) mechanisch gekoppelt ist, parallel geschaltet ist, wobei die sich bei der Resonanz des Parallelresonanz-Schwingkreises (2) ergebende Resonanzspannung über einen Hochfrequenzgleichrichter (19) sowie einen hochohmigen Meßverstärker (20) dem y-Eingang des y-t-Schreibers (3) zugeführt wird.
2. Anordnung zur dielektrischen Charakterisierung flüssiger Medien nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (1) aus einem quarzstabilen Oszillator (4) zur Erzeugung einer rechteckförmigen Wechselspannung, einem programmierbaren oderfest eingestellten Frequenzteiler (5) zur mehrfachen Frequenzteilung der Wechselspannung, mehreren Tiefpässen (6) zur Umformung der rechteckförmigen in sägezahnförmige Wechselspannungen, mehreren Frequenzwahlschaltern (7), einem Digital-Analog-Wandler (8) zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung sowie einem Stellglied (9) zur Impedanz- und Pegelanpassung gebildet ist.
3. Anordnung zur dielektrischen Charakterisierung flüssiger Medien nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangs des Meßverstärkers (20) ein Analog-Digital-Wandler (21) parallel geschaltet ist, an dessen Ausgang über eine Buchse (22) ein Kleinrechner zur Auswertung der Meßsignale angeschlossen ist.