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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Nachweis von Fremdstoffen
in einer Flüssigkeit, insbesondere
von ungelöstem
Wasser in Kohlenwasserstoffen, beispielsweise in Kraftstoffen wie
Kerosin, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Eine solche Messvorrichtung ist ausgebildet mit
einer Messleitung zum Durchleiten der Flüssigkeit für den Nachweis und zumindest
zwei im Inneren der Messleitung angeordneten, als Elektrodenplatten
ausgebildeten, flächigen
Elektroden, die elektrisch isoliert voneinander beabstandet sind.
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Es
ist bekannt, Kerosin als Treibstoff für Flugzeuge einzusetzen. In
Kerosin kann aus unterschiedlichen Gründen, beispielsweise aufgrund
von Kondensation von Atmosphärenfeuchtigkeit,
Wasser enthalten sein. Dieses Wasser, das beispielsweise in gelöster oder
ungelöster
Form vorliegen kann, könnte
unter Umständen
die Funktionalität
von Flugzeugmotoren beeinträchtigen.
Es werden daher nach dem Stand der Technik verschiedene Maßnahmen
ergriffen, um einem Eintrag von Wasser, insbesondere von ungelöstem Wasser,
in den Tank des Flugzeuges entgegenzuwirken.
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So
kann vorgesehen sein, den Kraftstoff vor dem Einleiten in den Flugzeugtank
zu filtern. Die Filter können
dabei durch eine Differenzdruckmessung überwacht werden. Allerdings
sind die erforderlichen Filter vergleichsweise groß und das
Verfahren somit vergleichsweise aufwändig.
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Es
ist darüber
hinaus bekannt, den Wasseranteil in Kerosin durch ein chemisches
Nachweisverfahren, das häufig
auch als "Shell-Test" bezeichnet wird,
zu bestimmen. Hierbei wird in der Regel vor der Produktabgabe Kerosin
in einen Zwischenbehälter gepumpt,
aus dem mittels einer Spritze eine Probe gezogen wird. Die Flüssigkeit
passiert ein Indikatormaterial, das sich beim Vorhandensein von
ungelöstem
Wasser verfärbt.
Dieses Verfahren ist jedoch vergleichsweise zeitaufwändig. Darüber hinaus
basiert das Verfahren auf Stichprobenmessungen, wobei die Probe
unter Umständen
nicht repräsentativ
sein kann. Auch ist mit diesem Verfahren keine Online-Messung möglich.
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Ein
weiteres Verfahren zum Bestimmen des Gehalts an freiem Wasser in
Kohlenwasserstoffen ist aus der
US
3,500,046 bekannt. Dieses Verfahren basiert auf der Fluoreszenz
des freien Wassers. Auch dieses bekannte Verfahren ist jedoch vergleichsweise
zeitaufwändig
und ermöglicht
keine Online-Messung.
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Die
WO 02/093147 A1 offenbart
ein weiteres Verfahren zum Bestimmen des Gehaltes an freiem Wasser
in einer Flüssigkeit.
Nach der Lehre dieser Druckschrift ist vorgesehen, die Temperatur
der Flüssigkeit
zu ändern,
wobei aus dem Temperaturverhalten Rückschlüsse auf den Wassergehalt gezogen werden
können.
Aufgrund der erforderlichen Temperaturänderung ist auch dieses Verfahren
vergleichsweise zeitaufwändig
und nur mit Einschränkungen für Online-Messungen
geeignet.
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Die
WO 03/054482 A2 offenbart
einen Sensor zum Nachweis einer Wasserkontamination in Maschinenöl. Hierzu
werden nach der
WO
03/054482 A2 Impedanzmessungen an Elektroden durchgeführt, die
als mäanderförmige Schichten
auf einer Platine ausgebildet sind. Diese Platine wird in das Öl eingebracht.
Nach der
WO 03/054482
A2 wird somit eine punktuelle Messung durchgeführt, was
insbesondere bei einer räumlich
inhomogenen Verteilung der Wasserkontamination zu Messungenauigkeiten führen kann.
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Aus
der
US 4,899,101 , der
WO 85/02016 und der
DE 92 04 374U sind
verschiedene kapazitive Messvorrichtungen zum Charakterisieren von
Flüssigkeiten
bekannt. Insbesondere bei einer ungleichmäßigen räumlichen Verteilung der Fremdstoffe
in der Flüssigkeit
können
bei diesen Sensoren jedoch unter Umständen Messfehler auftreten.
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Die
DE 102 58 418 A1 offenbart
einen Mediensensor zum Erfassen eines Mediums und/oder zum Bestimmen
der Beschaffenheit eines Mediums, mit einem Gehäuse, an dem ein Kondensator
angeordnet ist, zwischen dessen Elektroden ein Medium eingeführt werden
kann. Dabei ist vorgesehen, dass die Kondensatorelektroden koaxial
angeordnete Hohlkörperelektroden
sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Messvorrichtung zum Nachweis von Fremdstoffen
in einer Flüssigkeit
anzugeben, die eine schnelle, insbesondere kontinuierliche Messung
mit besonders hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit auch bei variierendem,
insbesondere räumlich
variierendem, Fremdstoffgehalt erlaubt.
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Insbesondere
soll die Messvorrichtung für die
Flugfeldbetankung einsetzbar sein. Bei der Flugfeldbedankung wird
in der Regel eine untere Nachweisgrenze von 30 ppm und weniger ver langt.
Dabei ist zu beachten, dass Tröpfchen
ungelösten
Wassers feinst dispergiert mit einem Durchmesser von ca. 10 μm bis 100 μm beliebig über dem
Querschnitt des Förderrohres
verteilt sein können.
Bei einem direkten Wassereinschlag können auch sehr große Wassertropfen
und sogar eine teilweise oder vollständige Flutung des Förderrohres
auftreten.
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Die
Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Messvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten in einer
Anordnung zur Erzeugung eines im Querschnitt der Messleitung gleichförmigen elektrischen Feldes
vorgesehen sind.
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Nach
der Erfindung ist eine elektrische Messung des Fremdstoffgehaltes
in der Flüssigkeit,
insbesondere im Kerosin, an einer Messleitung vorgesehen, die von
der Flüssigkeit
durchströmt
wird. Dabei können
beispielsweise Strömungsgeschwindigkeiten
von mehreren m/s vorgesehen sein. Insbesondere kann die gesamte
Fördermenge
durch das Messrohr geleitet werden. Die Erfindung ermöglicht dabei
eine Online-Messung des Gehaltes von ungelöstem Wasser in der gesamten
Fördermenge,
ohne dass Stichproben erforderlich sind.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass mittels
der Elektrodenplatten im gesamten Querschnitt der Messleitung ein
gleichförmiges
elektrisches Messfeld erzeugt wird. Gemäß diesem Gedanken ist die Messempfindlichkeit über dem
gesamten Querschnitt der Messleitung im Wesentlichen gleich, so
dass es möglich
ist, die Fremdstoffe in ihrer Gesamtheit vollständig zu erfassen. Erfindungsgemäß wird also über den
gesamten Querschnitt der Messleitung gemessen. Insbesondere bei einer
räumlich
variierenden Verteilung der Fremdstoffe in der Flüssigkeit
wird somit eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt.
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Ein
gleichförmiges
elektrisches Feld kann nach der Erfindung insbesondere ein homogenes Feld
beinhalten, also ein Feld, das über
dem Querschnitt der Messleitung im Wesentlichen gleich groß und gleich
gerichtet ist. Ein gleichförmiges
elektrisches Feld kann aber auch beinhalten, dass das elektrische
Feld im Wesentlichen dieselbe Symmetrie aufweist wie der Querschnitt
der Messleitung. Beispielsweise kann bei einem rechteckigen Innenquerschnitt
der Messleitung ein homogenes Feld und bei einem kreisförmigen Innenquerschnitt
der Messleitung ein radial gerichtetes Feld vorgesehen sein.
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Die
Messvorrichtung ist besonders geeignet zum Nachweis von flüssigen Fremdstoffen,
insbesondere ungelösten
flüssigen
Fremdstoffen in der Flüssigkeit.
Bei dem Fremdstoff kann es sich grundsätzlich aber auch um einen festen
oder gasförmigen Fremdstoff,
der beispielsweise ungelöst
ist, handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit
um eine nicht leitende Flüssigkeit
und/oder bei dem Fremdstoff um ein leitfähiges Material oder ebenfalls um
ein nicht leitendes Material. Erfindungsgemäß sollten die Dielektrizitätszahlen
der Flüssigkeit
und des Fremdstoffes einen möglichst
großen
Unterschied aufweisen. Geeigneterweise weist der Fremdstoff eine
höhere
Dielektrizitätszahl,
die auch als Permittivitätszahl
bezeichnet werden kann, als die Flüssigkeit auf. Bei dem Fremdstoff
kann es sich auch um einen Stoff handeln, welcher dieselbe Zusammensetzung
wie die die Flüssigkeit
hat, jedoch einen unterschiedlichen Aggregatzustand aufweist. Insbesondere
können
mit der Vorrichtung Mehrphasenströmungen gemessen werden.
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Um
eine besonders hohe Messgenauigkeit, insbesondere von 30 ppm oder
besser, eine besonders hohe Empfindlichkeit und/oder eine besonders niedrige
Messgrenze auch bei einem hohen Flüssigkeitsdurchsatz durch die
Messleitung zu gewährleisten,
ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass im Inneren der Messleitung
eine Vielzahl geschichteter Elektrodenplatten als ein Elektrodenplattenpaket
vorgesehen ist. Unter einer geschichteten Anordnung kann insbesondere
eine solche Anordnung verstanden werden, bei der die Flachseiten
benachbarter Elektrodenplatten einander zugewandt sind. Durch eine
geschichtete, insbesondere gefächerte
Elektrodenplattenanordnung kann bei vergleichsweise großer Querschnittsfläche der
Messleitung und somit einem vergleichsweise geringen Strömungswiderstand für die durchströmende Flüssigkeit
ein geringer Elektrodenabstand realisiert werden, der eine besonders hohe
Messgenauigkeit und/oder Empfindlichkeit zulässt. Insbesondere für kapazitive Messungen
kann hierdurch eine vergleichsweise hohe Kapazität erzielt werden, die bei geringem
apparativem Aufbau eine gute Genauigkeit und/oder Empfindlichkeit
zulässt. Der
Abstand der Elektrodenplatten wird geeigneterweise so gewählt, dass
die auftretenden Fremdstoffe, insbesondere Wassertröpfchen,
leicht passieren können.
Hierzu ist der Elektrodenplattenabstand vorzugsweise mindestens
genauso groß und
insbesondere mindestens eine Größenordnung
größer als
der Durchmesser der Fremdstoffteilchen. In der Anordnung der Elektrodenplatten
als ein Elektrodenplattenpaket kann ein eigenständiger Erfindungsaspekt gesehen
werden, der nicht zwangsläufig
mit der Erzeugung eines gleichförmigen
elektrischen Feldes kombiniert werden muss.
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Die
Messgenauigkeit kann bei geringem apparativen Aufwand dadurch verbessert
werden, dass die Elektrodenplatten des Elektrodenplattenpaketes äquidistant
angeordnet sind und/oder zumindest annähernd dieselbe Oberflächengröße aufweisen.
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Für einen
besonders geringen Strömungswiderstand
ist es vorteilhaft, dass die Elektrodenplatten in Längsrichtung
der Messleitung verlaufen. Geeigneterweise sind zwischen den Elektrodenplatten
des Elektrodenplattenpaketes Durchgangskanäle ausgebildet, die sich in
Längsrichtung
der Messleitung erstrecken. Hierdurch sind die Durchgangskanäle entlang
der Hauptströmungsrichtung
der Flüssigkeit ausgerichtet,
so dass die Neigung zur Wirbelbildung gering ist.
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Ferner
ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass die Elektrodenplatten
zumindest bereichsweise parallel zueinander verlaufen. Hierdurch
kann in besonders einfacher Weise ein gleichförmiges Feld erreicht werden.
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Für eine konstruktiv
besonders einfache Messvorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass
die Elektrodenplatten ebene Recht eckplatten sind. Die Rechteckplatten
können
dabei unterschiedliche Seitenlängen
aufweisen oder auch quadratisch ausgebildet sein.
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Insbesondere
für eine
besonders hohe Messgenauigkeit kann es auch vorteilhaft sein, dass die
Elektrodenplatten als gebogene Platten ausgebildet sind. Insbesondere
können
die Elektrodenplatten röhrenförmig sein.
Sofern röhrenförmige Elektrodenplatten
vorgesehen sind, sind diese zweckmäßigerweise ineinander angeordnet,
wobei diese Anordnung vorzugsweise koaxial ist. Insbesondere können die
röhrenförmigen Elektrodenplatten
dieselbe Länge aufweisen
und auf Stoß ineinander
angeordnet sein. Für
einen geringen Strömungswiderstand
sind die röhrenförmigen Elektrodenplatten
zweckmäßigerweise
in Längsrichtung
der Messleitung angeordnet.
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Die
röhrenförmigen Elektrodenplatten
bilden im Querschnitt geeigneterweise einen geschlossenen Ring.
Sie können
insbesondere einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen, wobei die Elektrodenplatten dann als Zylinderplatten
ausgestaltet sein können.
Die röhrenförmigen Elektrodenplatten
können
aber auch beispielsweise einen elliptischen, dreieckigen, achteckigen
oder rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt aufweisen.
Unter dem Querschnitt kann insbesondere der Schnitt quer zur Längsrichtung
der Messleitung verstanden werden.
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Grundsätzlich können die
einzelnen Elektrodenplatten unterschiedlich ausgebildet sein. Besonders
bevorzugt ist es jedoch, dass die Elektrodenplatten dieselbe Querschnittsform,
bezogen auf die Längsrichtung
der Messleitung aufweisen, wobei die Querschnittsfläche auch
unterschiedlich groß sein kann.
Zweckmäßigerweise
entspricht die Querschnittsform der Elektrodenplatten der Form des
Innenquerschnitts der Messleitung im Bereich der Elektrodenplatten.
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Die
Kontaktleitungen zum Kontaktieren der Elektrodenplatten können beispielsweise
bezüglich der
Längsrichtung
der Messleitung radial verlaufen. Sie können vorzugsweise auf einer
dem Innenraum der Messleitung abgewandten Flachseite der jeweiligen
Elektrodenplatte angeordnet sein. Insbesondere dann, wenn röhrenartige
Elektrodenplatten verwendet werden, kann aber auch vorgesehen sein,
zumindest einen Teil der Elektrodenplatten stirnseitig zu kontaktieren.
In diesem Fall kann sich die Kontaktierung in der Strömung befinden.
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Eine
besonders hohe Messgenauigkeit wird nach der Erfindung dadurch gewährleistet,
dass der Außenquerschnitt
des Elektrodenplattenpaketes zumindest annähernd dem Innenquerschnitt
der Messleitung entspricht. Vorzugsweise liegt zumindest eine im
Elektrodenpaket am weitesten außen
liegende Elektrode unmittelbar an der Innenwand der Messleitung
an.
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Eine
konstruktiv besonders einfache und genaue Messvorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Messleitung zumindest im Bereich der Elektrodenplatten
einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Innenquerschnitt
aufweist, wobei sich die Elektrodenplatten vorzugsweise zumindest
annähernd über die
gesamte Breite des Innenquerschnittes der Messleitung erstrecken.
Da in diesem Fall der gesamte Querschnitt der Messleitung beispielsweise als
Kondensator mit homogener Feldverteilung fungiert, ist eine völlig gleichartige
Bewertung aller Fremdstoffanteile, beispielsweise Wassertröpfchen, gewährleistet.
Hierdurch kann eine hohe lineare Auflösung erzielt werden.
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Ferner
kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Messleitung im
Bereich der Elektrodenplatten eine Querschnittsverjüngung aufweist. Hierdurch
kann im Bereich der Elektroden platten beispielsweise eine gezielte Änderung
der Strömungsgeschwindigkeit
bewirkt werden, welche auch die Verteilung der Fremdstoffe im Strömungsquerschnitt beeinflussen
kann.
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Der
messtechnische Aufwand kann weiter dadurch reduziert werden, dass
die Elektrodenplatten des Elektrodenplattenpaketes zu zwei Plattengruppen
elektrisch zusammengeschaltet sind, wobei benachbarte Elektrodenplatten
jeweils einer unterschiedlichen Plattengruppe zugeordnet sind. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
können
die im Elektrodenplattenstapel aufeinander folgenden Elektrodenplatten
abwechselnd elektrisch miteinander verbunden sein.
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Sofern
ein Elektrodenplattenpaket vorgesehen ist, enthält dieses geeigneterweise eine
gerade Elektrodenzahl. Geeigneterweise weist jede Plattengruppe
dieselbe Zahl an Elektrodenplatten auf. Insbesondere bei röhrenförmigen Elektroden
kann auch eine unterschiedliche Elektrodenzahl in den beiden Plattengruppen
vorgesehen sein.
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Grundsätzlich kann
vorgesehen sein, die Messvorrichtung zu Leitfähigkeitsmessungen einzusetzen.
Erfindungsgemäß ist es
jedoch, dass eine Kapazitätsmesseinrichtung
vorgesehen ist, die mit den Elektrodenplatten zur Bestimmung der
Kapazität der
Elektrodenplatten in Verbindung steht. Dies ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn es sich bei der Flüssigkeit um eine elektrisch
nicht leitfähige
Substanz handelt. Die Kapazitätsmesseinrichtung
weist geeigneterweise eine Wechselspannungsquelle auf, mittels welcher
die Elektrodenplatten mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden,
sowie ein Strommessgerät
zum Messen des über
die Elektrodenplatten fließenden
Stromes. Die Wechselspannungsfrequenz kann beispielsweise im Bereich
einiger 10 kHz bis einiger MHz liegen. Insbesondere kann eine Sinusspannung
vorgesehen sein, wobei dann die Frequenz etwa 50 kHz betragen kann.
Es kann auch eine gepulste IC-Messung vorgesehen sein, wobei in diesem
Fall die Frequenz einige MHz betragen kann.
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Nach
der Erfindung kann zur Erhöhung
der Messgenauigkeit auch zusätzlich
zur Kapazitätsmessung
eine Leitfähigkeitsmessung
durchgeführt
werden. Für
eine Leitfähigkeitsmessung
können
beispielsweise die genannten Elektrodenplatten und/oder zusätzliche
Hilfselektroden verwendet werden. Soweit eine Messung von ungelöstem Wasser in
Kerosin durchgeführt
wird, kann sich eine nennenswerte Leitfähigkeit allerdings unter Umständen erst
bei einem sehr hohen Wasseranteil einstellen.
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Eine
kapazitive Messung kann insbesondere dann vorgesehen sein, wenn
sich die Dielektrizitätszahl,
die auch als Permittivitätszahl
bezeichnet werden kann, des Fremdstoffes deutlich von derjenigen der
Flüssigkeit
unterscheidet. Dieser Fall ist bei ungelöstem Wasser in Kohlenwasserstoffen
gegeben. So besitzt Wasser eine Dielektrizitätszahl von ca. 80, die im Vergleich
zu der Dielektrizitätszahl
von Kohlenwasserstoffen von ca. 2 bis 3 vergleichsweise hoch ist.
Das Auftreten von ungelöstem
Wasser in Kohlenwasserstoffen ergibt damit eine Kapazitätsänderung,
die auch vergleichsweise kleine Wassermengen detektierbar macht.
Insbesondere bei einer vollkommen entmischten Strömung kann
die Kapazität in
der Messvorrichtung zumindest annähernd nach folgender Gleichung
bestimmt werden:
wobei C die Kapazität, A die
Elektrodenfläche, ε
0 die elektrische
Feldkonstante, ε
1 und ε
2 die Dielektrizitätszahlen des Fremdstoffes beziehungsweise
der Flüssigkeit
und d
1 sowie d
2 die
Schichtdicken des Fremdstoffes beziehungsweise der Flüssigkeit
sind.
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Soweit
die Messleitung selbst leitfähig
ist, ist es erfindungsgemäß, dass
die Elektrodenplatten gegenüber
der Messleitung elektrisch isoliert sind. Ferner ist es vorteilhaft,
dass die Elektrodenplatten gegenüber
dem Inneren der Messleitung elektrisch isoliert sind. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn eine Kapazitätsmessung durchgeführt wird. Durch
Isolation der Elektrodenplatten gegenüber dem Inneren der Messleitung
kann eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden, die insbesondere
unabhängig
vom Leitwert der Fremdstoff-Flüssigkeits-Mischung
sein kann.
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Zur
Isolierung der Elektrodenplatten gegenüber dem Inneren der Messleitung
sind diese geeigneterweise beschichtet, insbesondere mit einem Kunststoffmaterial.
Sofern ein Elektrodenplattenpaket verwendet wird, sind geeigneterweise
alle Elektrodenplatten elektrisch isoliert.
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Bei
Verwendung metallischer Elektrodenplatten hat sich gezeigt, dass
unter Umständen
der Fremdstoff, beispielsweise das Wasser, an den Elektrodenplatten
anhaftet und/oder anderweitig mit den Elektrodenplatten reagiert.
Hierdurch kann das Ansprechverhalten der Messvorrichtung, vor allem
die Reversibilität
der Messvorrichtung, beeinflusst sein. Insbesondere aus diesem Grunde
kann es vorteilhaft sein, dass die Elektrodenplatten ein beschichtetes Metallmaterial
aufweisen. Die Beschichtung kann dabei eine hydrophobe Beschichtung
und/oder eine Kunststoffbeschichtung sein. Durch die Beschichtung
kann der Anhaftung entgegengewirkt werden und somit eine besonders
hohe Messgenauigkeit erzielt werden. Die Beschichtung kann dabei
auch zur Isolation der Elektrodenplatten gegenüber dem Inneren der Messleitung
dienen. Die Elektrodenplatten können beispielsweise
aus V2A-Stahl hergestellt sein. Soweit ein
Elektrodenplattenstapel verwendet wird, sind geeigneterweise alle
Elektrodenplatten dieses Stapels beschichtet. Alternativ oder zusätzlich zu
einer Beschichtung kann auch eine andere fremdstoffabweisende Oberflächenbehandlung
vorgesehen sein.
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Die
Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann weiter
dadurch erhöht werden,
dass die Innenwand der Messleitung in der Umgebung der Elektrodenplatten
elektrisch isolierend ausgebildet ist. Hierdurch kann unerwünschten Strömen in der
Wand der Messleitung entgegengewirkt werden.
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Ferner
ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass zumindest eine Stütze zwischen
zumindest zwei benachbarten Elektrodenplatten angeordnet ist. Diese
Stütze
ist geeigneterweise isolierend, das heißt als Isolatorstütze, ausgebildet.
Einer solchen Stütze
können
zwei Aufgaben zukommen. Zum einen kann die Stütze dazu dienen, die beiden
Elektrodenplatten auf Distanz zu halten. Zum anderen kann die Stütze derart
ausgebildet sein, dass sich ihre Leitfähigkeit bei Kontakt mit dem
Fremdstoff und insbesondere bei dessen Anlagerung an der Oberfläche der
Stütze ändert. Hieraus
kann eine Änderung
der Leitfähigkeit
zwischen den benachbarten Elektrodenplatten resultieren, die messtechnisch
zur Bestimmung des Fremdstoffgehaltes ausgenutzt werden kann. Soweit
der Fremdstoff nicht wieder von der Stütze resorbiert wird, kann so
eine integrierende Messung der durchgeleiteten Gesamtfremdstoffmenge
erfolgen.
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Die
Isolatorstütze
kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial aufweisen. Es wurde beobachtet, dass
an der Oberfläche
solcher Kunststoffstützen Wassermoleküle anhaften,
was zu einer messbaren Leitfähigkeit
zwischen den benachbarten Elektrodenplatten führte. Durch Messung des Widerstandes
beziehungsweise des Leitwertes kann in diesem Fall eine Überwachungsmessung
mit großem
Messeffekt durchgeführt
werden.
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Ist
eine elektrische Leitung der Stütze
aus messtechnischen Gründen
hingegen unerwünscht, so
kann diese beispielsweise oberflächenbehandelt, beschichtet
und/oder hydrophobisiert werden, so dass einem Anhaften des Fremdstoffes
entgegenwirkt ist.
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Für eine besonders
hohe Stabilität
und gegebenenfalls einen guten Messeffekt bei Messung der Leitfähigkeit über die
Stütze
ist es vorteilhaft, dass sich die Stütze über alle Elektrodenplatten
des Elektrodenplattenpaktes erstreckt. Beispielsweise kann die Stütze als
Stützstange
ausgebildet sein, die Einkerbungen zur Aufnahme der Elektrodenplatten
aufweist.
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Es
ist auch möglich,
eine Leitfähigkeitsmessung,
insbesondere über
die zumindest eine Stütze und/oder über andere
Elemente, mit einer Kapazitätsmessung
zu kombinieren, wofür
beispielsweise zwei Messvorrichtungen hintereinander geschaltet werden
können.
In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die Spaltbreite zwischen
den Elektrodenplatten der Messvorrichtung, die für die Leitfähigkeitsmessung eingesetzt
wird, enger zu gestalten als die Spaltbreite zwischen den Elektrodenplatten
der Messvorrichtung, die für
die kapazitive Messung eingesetzt wird.
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Die
Messgenauigkeit kann weiter dadurch erhöht werden, dass zumindest ein
Temperaturfühler zum
Erfassen der Temperatur der Flüssigkeit
im Inneren der Messleitung vorgesehen ist. Dieser Temperaturfühler kann
zur Ermittlung der Produkttemperatur dienen, die zur Kompensation
der Temperaturabhängigkeit
der Dielektrizitätszahl
herangezogen werden kann.
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Besonders
geeignet ist die Messvorrichtung zum Nachweis ungelösten Wassers
in Kerosin bei der Flugzeugbetankung. Geeigneterweise ist somit die
Flüssigkeit
Kerosin und der Fremdstoff Wasser.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung kann in einer Abgabevorrichtung für eine Flüssigkeit
mit einer Leitung, die eine Abgabeöffnung aufweist, gesehen werden,
wobei die Abgabevorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass, insbesondere
im Bereich der Abgabeöffnung,
eine erfindungsgemäße Messvorrichtung
vorgesehen ist. Die Abgabevorrichtung kann beispielsweise an einem
Tankfahrzeug vorgesehen sein und/oder die Leitung mit einem Tank
in Verbindung stehen. Insbesondere kann die Abgabevorrichtung für den Nachweis
von Manipulationen an der Flüssigkeit
dienen, beispielsweise für
den Nachweis einer Beimischung von Luft bei der Heizölabgabe. Besonders
in diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Messvorrichtung in unmittelbarer
Nähe der
Abgabeöffnung
angeordnet ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung kann in einem Verfahren zum Betanken
eines Flugzeugs gesehen werden, bei dem Kerosin über eine Leitung in einen Flugzeugtank
gefördert
wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass in der
Leitung eine erfindungsgemäße Messvorrichtung
angeordnet ist, dass mittels der Messvorrichtung die Dielektrizitätszahl des
durch die Leitung strömenden
Kerosins ermittelt wird, und dass aus der ermittelten Dielektrizitätszahl der
Anteil an ungelöstem
Wasser im Kerosin bestimmt wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, die schematisch
in den Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen:
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1 eine
Messvorrichtung in geschnittener Seitenansicht;
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2 die
Messvorrichtung aus 1 in geschnittener Draufsicht;
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Messvorrichtung in Frontansicht;
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4 die
Vorrichtung der 3 in geschnittener Draufsicht;
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5 das
Elektrodenplattenpaket des Ausführungsbeispiels
der 3 und 4 in perspektivischer Darstellung;
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Messvorrichtung in geschnittener Draufsicht;
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7 das
Elektrodenplattenpaket der Vorrichtung der 6 in perspektivischer
Ansicht;
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8 ein
Elektrodenplattenpaket einer Messvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform
in Frontansicht; und
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9 das
Elektrodenplattenpaket aus 8 in perspektivischer
Darstellung.
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Gleich
wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen
gekennzeichnet.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Messvorrichtung ist in den 1 und 2 dargestellt. Die
Messvorrichtung weist eine rohrförmige
Messleitung 10 mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen 11, 12 zum
Durchleiten einer Flüssigkeit
auf. Im Bereich der Öffnungen 11, 12 ist
die Messleitung 10 zur besonders einfachen Verbindung mit
benachbarten Leitungsabschnitten mit einem kreisrunden Innenquerschnitt
versehen.
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In
einem mittleren Bereich der Messleitung 10 weist diese
eine Verjüngung 16 ihres
Innenquerschnitts auf. Im Bereich dieser Verjüngung 16 ist die Messleitung 10 mit
einem quadratischen Innenquerschnitt ausgebildet. Im Bereich der
Verjüngung 16 sind
an der Innenwand der Messleitung 10 zwei gegenüberliegende
Elektrodenplatten 20, 21 mit gegenüberliegenden
Flachseiten angeordnet. Diese Elektrodenplatten 20, 21 sind
spiegelsymmetrisch angeordnet und weisen an ihren Flachseiten beide
dieselbe Elektrodenoberfläche
A auf. Die in Längsrichtung der
Messleitung 10 gemessene Länge b der rechteckigen Elektrodenplatten 20, 21 ist
dabei größer als ihre
quer zur Längsrichtung
der Messleitung 10 gemessene Breite a. Die Länge b der
Elektrodenplatten 20, 21 entspricht zumindest
annähernd
der Länge der
Verjüngung 16.
Die beiden Platten 20, 21 verlaufen parallel zueinander
und sind mit dem Abstand d angeordnet.
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Über radial
verlaufende Kontaktstifte 24, 25, die sich durch
die Wandung der Messleitung 10 nach außen erstrecken, sind die beiden
Elektrodenplatten 20, 21 mit einer Kapazitätsmesseinrichtung 51 leitungsverbunden,
welche die beiden Elektroden 20, 21 mit einer
elektronischen Wechselspannung beaufschlagt. Es bildet sich dabei
ein homogenes elektrisches Feld zwischen den beiden Elektrodenplatten 20, 21 aus,
wobei die Streukapazität
häufig
vernachlässigt
werden kann.
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Die
zu messende Flüssigkeit
bewegt sich mit der Geschwindigkeit v durch das Feld und erzeugt abhängig von
ihrer Dielektrizitätszahl
eine veränderliche
Kapazität
C zwischen den Elektrodenplatten 20, 21, die gemessen
wird.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Messvorrichtung ist in den 3 bis 5 dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel
der 3 bis 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass statt
zwei Elektroden ein ganzes Elektrodenpaket 29 mit einer
Vielzahl übereinander
angeordneter Einzelelektroden 20 bis 20n und 21 bis 21n vorgesehen ist. Über eine senkrecht zu den Elektrodenplatten 20, 21 verlaufende
erste Seitenplatte 22 sind die Elektrodenplatten 20 bis 20n elektrisch miteinander verbunden,
so dass eine erste Plattengruppe gebildet ist. Entsprechend sind über eine
zweite, parallel zur ersten Seitenplatte 22 verlaufende
Seitenplatte 23 die Elektrodenplatten 21 bis 21n elektrisch verbunden, so dass eine
zweite Plattengruppe gebildet ist. An den Seitenplatten 22, 23 ist
jeweils ein Kontaktstift 24, 25 vorgesehen, wobei
die Kontaktstifte zur Verbindung mit einer in den 3 bis 5 nicht
dargestellten Kapazitätsmesseinrichtung
dienen.
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Die
Elektrodenplatten 20 bis 20n und 21 bis 21n greifen kammartig ineinander, wobei
auf eine Elektrodenplatte 20 der ersten Plattengruppe eine Elektrodenplatte 21 der
zweiten Plattengruppe folgt und sich hieran wieder eine Elektrodenplatte 20 der ersten
Plattengruppe anschließt.
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Zwischen
den benachbarten Elektrodenplatten 20, 21 sind
Durchgangskanäle 28 ausgebildet, die
in Längsrichtung
der Messleitung 10 verlaufen. Durch diese Kanäle 28 strömt die Flüssigkeit
mit der Geschwindigkeit v hindurch.
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Wie
insbesondere 3 zeigt, entspricht im Bereich
des Elektrodenplattenpaktes 29 der Innenquerschnitt 17 der
Messleitung 10 zumindest annähernd dem Außenquerschnitt
des Elektrodenplattenpaktes 29, so dass die Flüssigkeit
ausschließlich durch
die zwischen den Elektrodenplatten 20, 21 ausgebildeten
Durchgangskanäle 28 strömt und nicht
am Elektrodenplattenpaket 29 vorbei.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Messvorrichtung ist in den 6 und 7 dargestellt.
Wie beim Ausführungsbeispiel
der 3 bis 5 ist auch beim Ausführungsbeispiel
der 6 und 7 ein Elektrodenplattenpaket 29 vorgesehen.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
der 3 bis 5 sind die Elektrodenplatten 20 bis 20n und 21 bis 21n–1 jedoch
nicht als flache Rechteckelektroden sondern als koaxiale Zylinderelektroden
gleicher Länge
ausgebildet, die auf Stoß koaxial
ineinander angeordnet sind.
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Stirnseitig
an den koaxialen Elektrodenplatten 20, 21 sind
zwei radial verlaufende Stege 26, 27 aus einem
leitfähigen
Material angeordnet. Über
den Steg 26 sind die Elektrodenplatten 20 bis 20n elektrisch zur ersten Plattengruppe
zusammengeschaltet. Über
den Steg 27 sind die Elektrodenplatten 21 bis 21n–1 zur
zweiten Plattengruppe zusammengeschaltet. Über Leitungen, die an den Stegen 26, 27 angeordnet
sind, sind die beiden Plattengruppen mit einer nicht dargestellten
Kapazitätsmesseinrichtung verbunden.
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Bei
der koaxialen Anordnung der Elektrodenplatten 20, 21 der 6 und 7 folgt
in radialer Richtung auf eine Elektrodenplatte 20 der ersten Plattengruppe
eine Elektrodenplatte 21 der zweiten Elektrodenplatte,
auf die wiederum eine Elektrodenplatte 20 der ersten Plattengruppe
folgt. Die Zahl der Elektrodenplatten 21 der zweiten Plattengruppe
ist um eins niedriger als die Zahl der Elektrodenplatten 20 der
ersten Plattengruppe.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 6 und 7 sind zwischen den Elektrodenplatten 20, 21 ringartige
Durchgangskanäle 28 ausgebildet,
die koaxial zur Längsachse
der Messleitung 10 verlaufen. Durch diese kann die Flüssigkeit
mit der Geschwindigkeit v hindurchströmen. Die äußerste Elektrodenplatte 20 des
Elektrodenplattenpaketes 29 weist einen Außendurchmesser
auf, der zumindest annähernd
dem Innendurchmesser der Messleitung 10 im Bereich des
Elektrodenplattenpaketes 29 entspricht. Dabei ist der Innenquerschnitt
der Messleitung 10 durchgehend kreisrund ausgebildet.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 6 und 7 ist im Inneren der Messleitung 10 überdies
ein Temperaturfühler 56 angeordnet,
der zur Bestimmung der Flüssigkeitstemperatur
dient.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Elektrodenplattenpaketes 29 zur Verwendung in einer
erfindungsgemäßen Messvorrichtung
ist in den 8 und 9 dargestellt.
Wie beim Ausführungsbeispiel
der 3 bis 5 sind auch beim Ausführungsbeispiel
der 8 und 9 flache, rechteckige Elektrodenplatten übereinander
gestapelt angeordnet.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 8 und 9 sind überdies zwei stabartige Stützen 40, 40' aus einem Isolatormaterial
vorgesehen, die senkrecht zu den einzelnen Elektrodenplatten 20, 21 durch
das Elektrodenplattenpaket 29 hindurch verlaufen. In den
stabartigen Stützen 40, 40' sind radial verlaufende
Schlitze 41 ausgebildet, in denen die Elektrodenplatten 20, 21 gehalten
sind. Die isolierenden Stützen 40, 40' dienen dazu,
die Elektrodenplatten 20, 21 auf Distanz zu halten.
Daneben kann auch ein über
die Stützen 40, 40' zwischen den
beiden Plattengruppen fließender
Strom zur Bestimmung der Flüssigkeitszusammensetzung
herangezogen werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der 8 und 9 weisen die Elektrodenplatten 20, 21 stirnseitig
angeordnete Nasen 71 auf, die durch entsprechende Ausnehmungen
in seitlich angeordneten, senkrecht zu den Elektrodenplatten 20, 21 verlaufenden
Stützplatten 72 hindurchstehen.
Auch mittels dieser Nasen 71 wird die Position der Elektrodenplatten 20, 21 relativ
zueinander fixiert.
