DD261438A1 - Induktives leitfaehigkeitsmesssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der elektrischen Leitfaehigkeit von Fluessigkeiten, insbesondere von waessrigen Elektrolyten, vor allem fuer Sondierungen in der Geophysik und Ozeanologie sowie fuer Messungen in Rohrleitungen. Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur induktiven Messung der elektrischen Leitfaehigkeit in Fluessigkeiten zu schaffen, die unter Vermeidung der Nachteile bekannter Loesungen einfach in der Herstellung und Anwendung ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Vorrichtung so gestaltet wird, dass das induzierte elektrische Stroemungsfeld ohne die Messstrecke in der Vorrichtung zu verlassen und den umgebenden Fluessigkeitskoerper zu erreichen, grossflaechig in aus korrosionsfestem Material gefertigten Rohrelektroden, die miteinander leitend verbunden sind, ein- und austritt und dass der Innenraum der Vorrichtung mit Oel gefuellt und mit einem Druck- und Volumenausgleich versehen ist. Figur 1.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, insbesondere von wäßrigen Elektrolyten, die vor allem für Sondierungen in der Geophysik und der Ozeanologie sowie für Messungen in Rohrleitungen Anwendung findet.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Für die in situ-Messung der elektrischen Leitfähigkeit von wäßrigen Elektrolyten werden neben Sensoren mit blanken Elektroden induktive Systeme verwendet.

Bei diesen Systemen bildet ein elektrisch isoliertes Rohr die Meßzelle. Dieses befindet sich in einem flüssigkeitsdichten Gehäuse, in dem 2 Toroidspulen angeordnet sind, die als Sende und Empfangsspule wirken.

Die Sendespule induziert in der Meßstrecke, bestehend aus Meßzelle und dem das System umgebenden Flüssigkeitskörper, einen elektrischen Strom. Dieser Strom ist abhängig vom elektrischen Widerstand der, eine Leiterschleife darstellenden, Meßstrecke. In der Empfangsspule wird ein der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit direkt proportionaler Strom erzeugt.

Bei diesen Meßsystemen hat der außerhalb der Meßzelle befindliche Teil des Stromkreises einen wesentlichen Einfluß auf den Meßwert (etwa 35%).

Er ist abhängig von der Feldverteilung außerhalb der Meßzelle, also von der Gestaltung des Meßsystems selbst, seinem Zustand bzgl. Korrosion und Bewuchs, der Ausdehnung des umgebenden Flüssigkeitskörpers sowie darin befindlicher weiterer Konstruktionsteile bzw. Fremdkörper.

Hieraus resultieren Probleme bei der Eichung sowie bei der Reproduktion der Eichbedingungen beim praktischen Einsatz.

Bisherige Lösungen, wie nichtleitende Überzüge oder abgesetzter Anbau, konnten diese Probleme nicht beseitigen.

Wesentlichen Einfluß auf die Messung hat weiterhin die Konstanz der Geometrie der Meßstrecke selbst. Druckbedingte Veränderungen verringern die Genauigkeit.

Dieser Charakterisierung liegt folgende Literatur zugrunde:

Patentschriften: US 3419796

US 3510761 Fachbücher: Landolt-Börnstein,

Zahlenwerte und Funktionen aus Naturwissenschaft und Technik Neue Reihe,

Band 3 -Ozeanographie-, Teilband a

Springer-Verlag, 1986, S. 194-198

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur induktiven Messung der elektrischen Leitfähigkeit in Flüssigkeiten, insbesondere in wäßrigen Elektrolyten, vor allem für Sondierungen in der Geophysik und der Ozeanologie sowie für Messungen in geschlossenen Rohrleitungen zu schaffen, die unter Vermeidung der Nachteile bekannter Lösungen einfach in der Herstellung und Anwendung ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur induktiven Messung der elektrischen Leitfähigkeit in Flüssigkeiten, insbesondere wäßrigen Elektrolyten, vor allem für Sondierungen in der Geophysik und der Ozeanologie sowie für Messungen in Rohrleitungen zu schaffen, bei der die Messung ausschließlich durch die geometrischen Abmessungen der Meßstrecke innerhalb des Gehäuses bestimmt wird, deren geometrische Abmessungen, insbesondere deren Durchmesser, druckunabhängig sind und die gute strömungstechnische Eigenschaften besitzt. Die Vorrichtung soll einfach in der Herstellung und Anwendung sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung so gestaltet wird, daß das elektrische Strömungsfeld ohne die Meßstrecke innerhalb der Vorrichtung zu verlassen und den umgebenden Flüssigkeitskörper zu erreichen, großflächig in aus korrosionsfestem Material gefertigten Rohrelektroden, die beidseitig an das elektrisch isolierte Rohr anschließen und

miteinander elektrisch leitend verbunden sind, ein- und austritt und so mit der Flüssigkeit im isolierten Rohr eine Leiterschleife um die Toroidspulen darstellen und daß der Innenraum der Vorrichtung ölgefüllt und mit einem Druck- und Volumenausgleich zum umgebenden Flüssigkeitskörper bzw. zur Rohrleitung versehen ist.

Ausführungsbeispiele

Ein speziell für die Ozeanographie entwickeltes Leitfähigkeitsmeßsystem ist in Fig. 1 dargestellt.

Der an einem Sondenkörper 13 auf einem Fuß 7 abgesetzt befestigte Leitfähigkeitsmeßkopf wird für die Messung vertikal durch den zu sondierenden Wasserkörper bewegt.

Durch den runden Fuß 7 und das stark angefaste runde Gehäuse werden günstige strömungstechnische Bedingungen erreicht.

Auch die nach außen konisch erweiterten Rohrelektroden 2 tragen hierzu bei.

Die beiden Toroidspulen 3 und 4 sind zentrisch im Gehäuse 5 angebracht. Dabei ist die eine der beiden Spulen die Sendespule 3 und die andere die Empfangsspule 4. In der Achse der Spulen befindet sich die Meßzelle 1, die aus einem Glasrohr besteht, das zum Gehäuse 5 hin abgedichtet ist. Der verbleibende Innenraum des Gehäuses 5 ist mit einer isolierenden Flüssigkeit 6, z. B. Öl gefüllt. Über ein Druckausgleichssystem 8 besteht Verbindung zum Meßmedium. Damit unterliegt die Meßzelle keiner Belastung und Verformung durch Druckänderungen. Die Verwendung von Glas wird möglich.

Die elektrischen Anschlüsse der Spulen werden durch den Fuß 7 über elektrisch isolierte und druckfeste Durchführungen 9 nach außen geleitet.

Die Rohrelektroden 2 sind bei dieser Konstruktion integrierter Bestandteil des Gehäuses. Die Innenflächen der Rohrelektroden 2 wurden so dimensioniert, daß sie etwa das 4fache des Querschnittes der Meßzelle 1 betragen. Damit wird die sichere und vollständige Aufnahme des durch die Sendespule 3 erzeugten elektrischen Strömungsfelds erreicht. Veränderungen der Umgebung des Leitfähigkeitsmeßsystems haben damit keinen Einfluß auf die Messung.

Fig. 2 zeigt ein Leitfähigkeitsmeßsystem für den Einsatz in geschlossenen Rohrleitungen. Die Meßzelle 1, die Rohrelektroden 2, das Gehäuse 5 sowie die Toroidspulen 3 und 4 sind in gleicherweise Bestandteil der Vorrichtung wie in Fig. 1. In Verlängerung der hier zylindrischen Rohrelektroden 2 befindet sich der Anschluß für die Rohr-oder Schlauchleitung 12. Der Rohrinnendruck wird extern oder intern (in diesem Falle über den Kanal 10) zum Druckausgleich übertragen. Die Membran 11 trennt das Meßmedium von der Ölfüllung 6.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur induktiven Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Meßstrecke vollständig innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung befindet und aus dem elektrisch isolierten Rohr und beidseitig angesetzten, miteinander elektrisch leitend verbundenen Rohrelektroden besteht.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrelektroden Bestandteil des elektrisch leitenden Gehäuses sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohrelektroden nach außen hin strömungstechnisch günstig erweitern.

4. Vorrichtung zur induktiven Messung der elektrischen Leitfähigkeit in Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der die Toroidspulen aufnehmende Innenraum ölgefüllt und mit einem Druck- und Volumenausgleich zum umgebenden Flüssigkeitskörper bzw. zur Rohrleitung versehen ist.