DE102009024937A1 - Method and arrangement for determining liquid parameters - Google Patents

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    • G01N27/06Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung von Flüssigkeitsparametern, wie der Beweglichkeit µund der Konzentration nder dominierenden Ionenart, der elektrischen Leitfähigkeit σ, der Transitzeit Tund des pH-Wertes. Die Anordnung besteht aus einer Messkammer Mzur Aufnahme der zu messenden Flüssigkeit S, mit einer in der Messkammer Mangeordneten Messzelle Mmit mindestens zwei im gleichen Abstand d voneinander angeordneten Elektroden Eund Emit den leitfähigen Flächen Aund Aund einem Temperatursensor T, einem mit der Messzelle Mverbundenen elektrischen Modul, das diorgt, einen Schalter Saufweist und Mittel besitzt, um den durch die Messzelle Mgeleiteten elektrischen Strom I= Izu messen, wobei die Messkammer M, die Spannungsquelle U, der Schalter S, der Temperatursensor T, die Mittel zur Messung des elektrischen Stromes Iüber Schnittstellen mit einer Auswerteeinheit mit einem Computerprogramm und einem Display zur Erfassung und Speicherung aller erfassten Daten sowie zur Berechnung und Anzeige der Parameter der Flüssigkeit verbunden sind. Die Erfindung hat den Vorzug, dass mit dem Verfahren und der nur aus einem Gerät und einer Sonde bestehenden Anordnung gleichzeitig mehrere Parameter von Flüssigkeiten bestimmt werden können und zwar unabhängig davon, ob diese dünn- oder dickflüssig und verschmutzt oder ...The invention relates to an arrangement and a method for the determination of liquid parameters, such as the mobility μ and the concentration of the dominant ion species, the electrical conductivity σ, the transit time T and the pH. The arrangement consists of a measuring chamber M for receiving the liquid S to be measured, with a measuring cell M arranged in the measuring chamber having at least two electrodes E and Emit arranged at the same distance d from each other, the conductive surfaces A and A and a temperature sensor T, an electrical module connected to the measuring cell M, which has a switch S and has means to measure the electrical current I = I passed through the measuring cell, the measuring chamber M, the voltage source U, the switch S, the temperature sensor T, the means for measuring the electric current I via interfaces with an evaluation unit with a computer program and a display for recording and storing all acquired data and for calculating and displaying the parameters of the liquid are connected. The invention has the advantage that with the method and the arrangement consisting of only one device and one probe, several parameters of liquids can be determined at the same time, irrespective of whether they are thin or viscous and dirty or dirty.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung von Parametern von Flüssigkeiten, wie der elektrischen Leitfähigkeit σ, der Driftbeweglichkeit μd und Konzentration nd einer dominierenden Ionenart, der Transitzeit Tr und des pH-Wertes und deren Verwendung.The invention relates to a method and an arrangement for determining parameters of liquids, such as the electrical conductivity σ, the drift mobility μ d and concentration n d of a dominant type of ion, the transit time T r and the pH and their use.

Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit σ, ihrer ionischen Transportparameter μd und nd, der Transitzeit Tr und des pH-Wertes von Flüssigkeiten ist für die Industrie und Wirtschaft, so zum Beispiel für die Herstellung und Überwachung von Lebensmitteln und Schmierstoffen und deren Qualität, für die Steuerung von Prozessen, für die Forschung und Entwicklung und in der Medizintechnik von großer Bedeutung. Verfahren und Anordnung haben daher ein breites Anwendungsspektrum. Verfahren und Anordnung haben daher ein breites Anwendungsspektrum.The measurement of the electrical conductivity σ, its ionic transport parameters μ d and n d , the transit time Tr and the pH value of liquids is for the industry and economy, for example for the production and monitoring of food and lubricants and their quality, for the control of processes, for the research and development and in the medical technology of great importance. The method and arrangement therefore have a wide range of applications. The method and arrangement therefore have a wide range of applications.

Nach dem Stand der Technik bedient man sich hierbei mehrerer, unterschiedlicher Sonden und Geräte, um z. B. die gewünschten Parameter σ und pH-Wert bestimmen zu können.To In the prior art, one uses several, different Probes and devices to B. the desired parameters σ and to determine pH value.

Im Allgemeinen wird hierbei zwischen der Labor-, der Prozess- und der Feldmesstechnik unterschieden. Bei diesen Messtechniken werden die σ oder/und pH-Parameter bei einer konstanten Temperatur Tc und mit jeweils zwei unterschiedlichen Sonden und Geräten bestimmt, da sich ihre Funktionsweisen und Bauformen ganz wesentlich unterscheiden.In general, a distinction is made here between laboratory, process and field measurement technology. In these measurement techniques, the σ and / or pH parameters are determined at a constant temperature T c and each with two different probes and devices, since their modes of operation and designs differ quite significantly.

Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten ist etwa seit 130 Jahren bekannt. Die heutigen, kommerziellen Leitfähigkeits-Messgeräte arbeiten mit unterschiedlichen Wechselspannungen und Frequenzen. Durch die optimale Ausführung der Messzellen, z. B. der Auswahl der Werkstoffe für die Messzelle und die Elektroden (Edelstahl oder Platinierung), die Wahl der Zellkonstanten, der Spannungen und Frequenzen; lässt sich die unerwünschte Polarisation minimieren.The Measurement of the electrical conductivity of liquids has been known for about 130 years. Today's commercial conductivity meters work with different AC voltages and frequencies. Due to the optimal design of the measuring cells, z. B. the Selection of materials for the measuring cell and the electrodes (Stainless steel or platinum), the choice of cell constant, the Voltages and frequencies; can be the unwanted Minimize polarization.

Die kommerziellen Leitfähigkeitsmessgerätesysteme bestehen zumeist aus der Messzelle oder Messsonde und dem Messgerät. Die heutigen Messzellen basieren auf der Kohlrausch-Messzelle, das sind Messzellen mit zwei Elektroden. Diese werden zumeist aus Kohle, platiniertem Platin oder Edelstahl gefertigt. Auch sind Vier-Elektroden-Messzellen bekannt, die zahlreiche Vorteile aufweisen. Das sind z. B. die Umgehung der Polarisationeffekte und die Konstanz der Zellenkonstanten. Mit Hilfe elektrodenloser Messzellen, d. h. der induktiven Leitfähigkeitsmessung lassen sich die unerwünschten Polarisationseffekte vermeiden. Diese Systeme werden zumeist bei hohen Leitfähigkeiten angewandt.The commercial conductivity meter systems consist mostly of the measuring cell or measuring probe and the measuring device. Today's measuring cells are based on the Kohlrausch measuring cell, the are measuring cells with two electrodes. These are mostly made of coal, platinum-plated or stainless steel. Also are four-electrode measuring cells known, which have numerous advantages. These are z. B. the bypass the polarization effects and the constancy of the cell constants. With Help of electrodeless cells, d. H. the inductive conductivity measurement the unwanted polarization effects can be avoided. These systems are mostly at high conductivities applied.

Der Begriff pH-Wert wurde erstmalig durch Paul Lauritz Sörensen 1909 vorgeschlagen; in Comptes-Rendus des Travaux du Laboratoire de Carlsberg 8me Volume 1re Livraison, Copenhague, 1909. In den vergangenen 100 Jahren hat sich dieses Verfahren zu einer anerkannten pH-Messtechnik mit vielfachen Anwendungen in der Industrie, Chemie, Biologie und in der Medizintechnik entwickelt.Of the Term pH was first introduced by Paul Lauritz Sörensen Proposed in 1909; in Comptes-Rendus of the Travaux du Laboratoire de Carlsberg 8me Volume 1re Livraison, Copenhague, 1909. In the past 100 years, this method has become a recognized pH measurement technology with multiple applications in industry, chemistry, biology and developed in medical technology.

Die kommerziellen pH-Messgerätesysteme bestehen zumeist aus der kombinierten Elektrode – d. h. als pH- und Bezugselektrode in einem, mit zusätzlich integriertem Temperatursensor – und dem Messgerät.The Commercial pH meter systems are mostly made up the combined electrode - d. H. as pH and reference electrode in one, with additionally integrated temperature sensor - and the meter.

Das Grundprinzip der pH-Messtechnik besteht in einer indirekten Messung der H+-Ionenkonzentration einer Flüssigkeit, weil durch das Diaphragma der pH-Elektrode im sauren Medium H+-Ionen in die Elektrode hineinwandern oder bei einer basischen Flüssigkeit hinauswandern. Da die pH-Elektrode (zumeist eine Glaselektrode) einen Innenpuffer mit konstantem pH-Wert aufweist, kommt es zu einer Ladungsdifferenz zwischen der Umgebung innerhalb und außerhalb der pH-Elektrode. Die (kombinierte) pH-Elektrode ist wegen ihrer Funktion, d. h. wegen des Diaphragmas für den erforderlichen Ionenaustausch, komplizierter aufgebaut als etwa die Leitfähigkeitsmesszellen. Dadurch sind sie auch empfindlicher gegenüber: mechanischen, chemischen und elektrischen Belastungen.The basic principle of pH measurement consists in an indirect measurement of the H + ion concentration of a liquid, because H + ions migrate into the electrode through the diaphragm of the pH electrode in the acidic medium or migrate out with a basic liquid. Since the pH electrode (usually a glass electrode) has an internal buffer with constant pH, there is a charge difference between the environment inside and outside the pH electrode. The (combined) pH electrode is more complicated than the conductivity cells due to its function, ie because of the diaphragm for the required ion exchange. As a result, they are also more sensitive to: mechanical, chemical and electrical loads.

Die heutige σ- und pH-Messtechnik ist von der Industrie mit speziellen Geräten technisch hoch entwickelt worden. Die Auswertung der Messergebnisse ist weitgehend automatisiert und PC-gestützt.The Today's σ and pH measurement technology is from the industry Special devices have been technically advanced. The Evaluation of the measurement results is largely automated and PC-based.

Ein Nachteil des Standes der Technik besteht jedoch darin, dass in Flüssigkeiten, mit nur geringem Wasseranteil, d. h. etwa < 5%, nur relative pH-Werte bestimmt werden können. Das betrifft insbesondere hochohmige Flüssigkeiten, z. B. Biodiesel oder Schmieröle.One Disadvantage of the prior art, however, is that in liquids, with only a small proportion of water, d. H. about <5%, only relative pH values determined can be. This applies in particular to high-resistance liquids, z. B. biodiesel or lubricating oils.

Ferner sind die kommerziellen Messsysteme, insbesondere pH-Sonden gegenüber Verschmutzungen der Flüssigkeit, hohen mechanischen Belastungen oder spontanen Temperaturänderungen oder hohen Temperaturen (Membran) bekanntermaßen sehr empfindlich. Auch sind der Einbau und die Wartung von pH-Sonden für die Prozessmesstechnik problematisch und technisch aufwendig.Furthermore, the commercial measuring systems, in particular pH probes against soiling the liquid, high mechanical loads or spontaneous temperature changes or high temperatures (membrane) are known to be very sensitive. Also, the installation and maintenance of pH probes for process measurement are problematic and technically complex.

Hinzu kommt, dass die Bestimmung jedes Parameters einer Flüssigkeit eine spezielle Sonde und ein spezielles Gerät erfordert. Geräte und Verfahren zur gleichzeitigen Messung relevanter Parameter von Flüssigkeiten sind nicht bekannt.in addition comes that determination of each parameter of a liquid requires a special probe and a special device. Apparatus and methods for the simultaneous measurement of relevant Parameters of liquids are unknown.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung von Parametern von Flüssigkeiten bereitzustellen, mit denen sowohl die elektrische Leitfähigkeit σ, die Driftbeweglichkeit μd und die Ladungsträgerkonzentration nd einer dominierenden Ionenart, die Transitzeit Tr als auch der pH-Wert festgestellt werden können. Und zwar von dünn- und dickflüssigen ebenso wie von verschmutzten und von nahezu wasserfreien Flüssigkeiten.The invention is therefore based on the object to provide a method and an arrangement for determining parameters of liquids, with which both the electrical conductivity σ, the drift mobility μ d and the carrier concentration n d a dominant ion species, the transit time T r and the pH Value can be determined. And from thin and viscous as well as polluted and almost anhydrous liquids.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, was sich dadurch auszeichnet, dass bei einer konstanten Temperatur und einer konstanten Gesamtspannung Uc, die an einer Messkammer Mk mit einer Messzelle Mz mit der zu prüfenden Flüssigkeit Sx und mindestens zwei im gleichen Abstand d voneinander angeordneten Elektrodenflächen A1 und A2 mit an sich bekannten Mitteln die Messzellenspannung Uz festgestellt und in einer definierten Taktzeit ti der Messstrom Imi bestimmt wird und danach die elektrische Feldstärke Ezi nach Ezi = Uzi/d Gl. 1worin Uzi die Zellenspannung zum Zeitpunkt ti und d der Abstand der Elektrodenflächen A1 und A2 ist,
bestimmt wird und danach als Flüssigkeitsparameter
die Beweglichkeit der dominierenden Ionen μdi nach der Gleichung μdi = d/(ti·Ezi) Gl. 2worin ti die Taktzeit von i = 1 bis n ist,
ermittelt wird und/oder als weiterer Flüssigkeitsparameter
die elektrische Leitfähigkeit σi nach der Gleichung σzi = (Imi/Am)/(Uzi/d) Gl. 3worin Am die mittlere Elektrodenfläche Am = (A1 + A2)/2,
e die Elementarladung und Imi der Messstrom zum Zeitpunkt ti ist,
ermittelt wird und/oder als Flüssigkeitsparameter
die dominierende Ionenkonzentration ndi nach der Gleichung ndi = σi/(e·μdi) Gl. 4worin i = 1 bis n ist,
ermittelt wird und/oder als ein weiterer Flüssigkeitsparameter
die Transitzeit Tr als Schnittpunkt der Funktionen ndi(ti) und μdi(ti) ermittelt wird
und/oder als weiterer Flüssigkeitsparameter
der pH-Wert nach der Gleichung pH ≈ –Ig(InσI/(6,0021·1023) Gl. 5worin IndI die dominierende Ionenkonzentration dimensionslos und in cm–3 einzusetzen ist und auf t = 0 oder t = Tr bezogen wird und die Größe (6,001·1023) die Avogadro-Konstante ist,
bestimmt wird.
According to the invention the object is achieved by a method, which is characterized in that at a constant temperature and a constant total voltage U c , at a measuring chamber M k with a measuring cell M z with the liquid to be tested S x and at least two at the same distance d arranged electrode surfaces A 1 and A 2 with known means the measuring cell voltage U z determined and in a defined cycle time t i the measuring current I mi is determined and then the electric field strength E zi after e zi = U zi / d Eq. 1 where U zi is the cell voltage at time t i and d is the distance of the electrode surfaces A 1 and A 2 ,
is determined and thereafter as a fluid parameter
the mobility of the dominant ions μ di according to the equation μ di = d / (t i · e zi ) Eq. 2 where t i is the clock time from i = 1 to n,
is determined and / or as another fluid parameter
the electrical conductivity σ i according to the equation σ zi = (I Wed. / A m ) / (U zi / d) Eq. 3 where A m is the mean electrode area A m = (A 1 + A 2 ) / 2,
e is the elementary charge and I mi is the measurement current at time t i ,
is determined and / or as a fluid parameter
the dominant ion concentration n di according to the equation n di = σ i / (S · μ di ) Eq. 4 where i = 1 to n,
is determined and / or as another fluid parameter
the transit time T r is determined as the intersection of the functions n di (t i ) and μ di (t i )
and / or as a further fluid parameter
the pH value according to the equation pH ≈-Ig (In σ I / (6.0021 x 10 23 ) Eq. 5 in which In d I the dominant ion concentration is dimensionless and is to be inserted in cm -3 and is related to t = 0 or t = T r and the quantity (6.001 × 10 23 ) is the avogadro constant,
is determined.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Messstrom Im mittels eines in Reihe mit der Messzelle Mz geschalteten digitalen Amperemeters A oder statt dessen mit einem digitalen Strom-Spannungswandler oder eines externen Messwiderstandes Rm und dazu parallelgeschalteten Digitalvoltmeters (DV) oder statt dessen, mit Hilfe eines Oszilloskops oder Schreibers oder Spannungswandlers bestimmt, wobei bei Verwendung des externen Messwiderstandes, dessen Größe Rm << Rzi, dem mittleren Innenwiderstand der Messzelle Mz ist.According to a preferred embodiment of the invention, the measuring current is in digital by means of a series connected with the measuring cell M z ammeter A, or instead with a digital current-voltage converter or an external sensing resistor R m and connected in parallel therewith digital voltmeter (DV), or instead, with Help of an oscilloscope or recorder or voltage converter, wherein when using the external measuring resistor whose size R m << R zi , the mean internal resistance of the measuring cell M z .

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, die am Messwiderstand Rm abfallende Spannung Umi mit einem hochohmigen Digitalvoltmeter in der definierten Taktzeit ti zu messen und die sich so für ti und Umi, mit i = 1 bis n paarweise ergebenden Messwerte zu erfassen und zu speichern werden und die Zellenspannung Uzi nach der Gleichung Uzi = Uc – Umi Gl. 6zu ermitteln und daraus den Messstrom Imi nach der Gleichung Imi = Umi/Rm Gl. 7worin Rm etwa von 0,1 Ω bis 109 Ω variabel wählbar ist,
zu bestimmen.
A further embodiment of the inventive method, the voltage dropping at the measuring resistor Rm voltage U mi with a high impedance digital voltmeter in the defined cycle time t i to be measured and so for t i and U mi, where i = 1 to n pairs resulting measured values to capture and store and the cell voltage U zi according to the equation U zi = U c - U Wed. Eq. 6 to determine and from this the measuring current I mi according to the equation I Wed. = U Wed. / R m Eq. 7 wherein R m is variably selectable from about 0.1 Ω to 10 9 Ω,
to determine.

Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung wird die konstante Spannung Uc periodisch, alternierend, d. h. als +Uc und –Uc gleicher oder unterschiedlicher Dauer Δt mit und ohne Kurzschluss der Messzelle während einer Totzeit (in denen Uc = 0 ist) oder ohne Totzeiten, angelegt wird und durch einen Polwender bereitgestellt und wird die Spannung Uc als konstante Wechselspannung mit einer konstanten oder variablen Frequenz angelegt.According to further embodiments of the invention, the constant voltage U c is periodic, alternating, ie as + U c and -U c equal or different duration .DELTA.t with and without short circuit of the measuring cell during a dead time (in which U c = 0) or without dead times is applied and provided by a pole turner and the voltage U c is applied as a constant alternating voltage with a constant or variable frequency.

Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen vor, dass zeitlich variable Spannungen oder Spannungsimpulse mit der Amplitude ±Uc und beliebige Impulsformen und Frequenzen angelegt werden und dass als Intervalle Δt der Taktzeiten ti konstante oder frei wählbare Werte angewendet werden.Further embodiments of the method according to the invention provide that time-variable voltages or voltage pulses with the amplitude ± U c and arbitrary pulse shapes and frequencies are applied and that constant or freely selectable values are used as the intervals Δt of the cycle times t i .

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe des Weiteren durch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, bestehend aus einer Messkammer Mk zur Aufnahme der zu messenden Flüssigkeit Sx, mit einer in der Messkammer Mk angeordneten Messzelle Mz mit mindestens zwei im gleichen Abstand d voneinander angeordneten Elektroden E1 und E2 mit den leitfähigen Flächen A1 und A2 und einem Temperatursensor Ts, einem mit der Messzelle Mz verbundenen elektrischen Modul, das die Messzelle Mz mit einer elektrischen Spannung Uc versorgt, einen Schalter S aufweist und Mittel besitzt, um den durch die Messzelle Mz geleiteten elektrischen Strom Im = Iz zu messen, wobei die Spannungsquelle Uc, der Temperatursensor Ts, die Mittel zur Messung des elektrischen Stromes Im über Schnittstellen mit einer Auswerteeinheit mit einem Computerprogramm und einem Display zur Erfassung und Speicherung aller erfassten Daten sowie zur Berechnung und Anzeige der Parameter der Flüssigkeit verbunden sind.According to the invention the object is further achieved by an arrangement for carrying out the method according to the invention, consisting of a measuring chamber M k for receiving the liquid to be measured S x , with a arranged in the measuring chamber M k measuring cell M z with at least two at the same distance d from each other arranged electrodes E 1 and E 2 with the conductive surfaces A 1 and A 2 and a temperature sensor T s , an electrical module connected to the measuring cell M z , which supplies the measuring cell M z with an electrical voltage U c , a switch S and Means has to measure the guided through the measuring cell M z electrical current I m = I z , wherein the voltage source U c , the temperature sensor T s , the means for measuring the electrical current Im via interfaces with an evaluation unit with a computer program and a Display for the acquisition and storage of all collected data as well as for the calculation and display of the parameters of the Liquid are connected.

Eine besonders bevorzugte Ausführung der Anordnung sieht vor, zur Messung des Stromes Im ein Amperemeter, ein Messwiderstand Rm , ein zur Feststellung des Spannungsabfalls am Messwiderstand Rm, verbundenes Digitalvoltmeter DV, ein Oszilloskop, ein Stromspannungswandler oder ein Schreiber zu verwenden.A particularly preferred embodiment of the arrangement provides for the measurement of the current Im an ammeter, a measuring resistor R m to use a for detecting the voltage drop across the measuring resistor R m , connected digital voltmeter DV, an oscilloscope, a current voltage converter or a recorder.

Gemäß weiteren Ausführungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Flächen A1 und A2 der Elektroden E1 und E2 eben oder gekrümmt und vorzugsweise als Platten gleicher oder unterschiedlicher geometrischer Form, als Halbzylinder oder als Zylinder ausgebildet und ist die Größe der Elektrodenflächen A1 = A2 oder A1 ungleich A2 und sind bis auf die zueinander positionierten Elektrodenflächen A1 und A2 alle anderen Flächen der Elektroden E1 und E2 isoliert ausgebildet.According to further embodiments of the arrangement according to the invention, the surfaces A 1 and A 2 of the electrodes E 1 and E 2 are flat or curved and preferably designed as plates of the same or different geometric shape, as a half-cylinder or as a cylinder and the size of the electrode surfaces A 1 = A 2 or A 1 are not equal to A 2 and are all isolated except for the mutually positioned electrode surfaces A 1 and A 2 all other surfaces of the electrodes E 1 and E 2 .

Schließlich sehen weitere Ausführungsformen vor, dass die Messkammer Mk direkt oder indirekt beheiz- oder kühlbar ist und dass das elektronische Modul mit einer Software zur Berechnung, Speicherung und Anzeige der Flüssigkeitsparameter ausgestattet ist.Finally, further embodiments provide that the measuring chamber M k can be heated or cooled directly or indirectly and that the electronic module is equipped with software for calculating, storing and displaying the liquid parameters.

Erfindungsgemäß kann die Anordnung zur Kontrolle und Überwachung der Parameter von Flüssigkeiten, vorzugsweise in Verbrennungs- oder Elektromotoren und/oder in technologischen Prozessen und/oder in Hydraulikanlagen und/oder in der Medizintechnik und/oder in Windkraftanlagen und/oder in Versorgungsleitungen eingesetzt und als Tauchmesszelle, Tauchsonde, Messzelle mit einem konstanten Volumen, als Durchflussmesszelle oder Durchflusssonde ausgeführt werden.According to the invention the arrangement for controlling and monitoring the parameters of liquids, preferably in internal combustion or electric motors and / or in technological processes and / or in hydraulic systems and / or in medical technology and / or in wind turbines and / or used in supply lines and as immersion measuring cell, immersion probe, Measuring cell with a constant volume, as a flow measuring cell or flow probe.

Es ist ein herausragender Vorzug der Erfindung, dass mit dem bereitgestellten Verfahren und der nur aus einem Gerät und einer Sonde bestehenden erfindungsgemäßen Anordnung gleichzeitig mehrere Parameter von Flüssigkeiten bestimmt werden können und zwar unabhängig davon, ob diese dünn- oder dickflüssig und verschmutzt oder nahezu wasserfrei sind.It is an outstanding advantage of the invention that with the provided method and the present invention consisting of only one device and a probe arrangement simultaneously several parameters of liquids can be determined regardless of whether they are thin or viscous and polluted or almost anhydrous.

Mit Hilfe der Erfindung ist durch die Erfassung mehrerer zustandstypischer Parameter eine einfache und zeitnahe Überwachung des realen Zustandes von Flüssigkeiten in technologischen Prozessen und beispielsweise auch in Motoren möglich, um z. B. Veränderungen in Abhängigkeit von der Betriebsdauer, dem Einfluss von Temperatur und Druck oder anderen Faktoren zu erfassen. Hierzu ist es von Vorteil, dass gleichzeitig mit einer einfachen Sonde und einem Gerät mehrere Parameter, wie σ, μd, nd, Tr und der pH-Wert erfasst werden können; was nach dem Stande der Technik nicht möglich ist.With the help of the invention is a simple and timely monitoring of the real state of liquids in technological processes and, for example, in engines possible by the detection of several state-typical parameters to z. B. changes depending on the duration of operation, the influence of temperature and pressure or other factors to capture. For this purpose, it is advantageous that several parameters, such as σ, μ d , n d , T r and the pH can be detected simultaneously with a simple probe and a device; which is not possible according to the state of the art.

Im Folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:in the Below, the invention with reference to drawings closer be explained. Show it:

1a eine Anordnung zur Messung des elektrischen Stromes in Flüssigkeiten mit einem Pico-Amperemeter; 1a an arrangement for measuring the electric current in liquids with a pico-ammeter;

1b eine Anordnung zur Messung des elektrischen Stromes in Flüssigkeiten mit einem Messwiderstand Rm; 1b an arrangement for measuring the electric current in liquids with a measuring resistor R m ;

2a einen Probenbehälter mit Plattenelektroden im Schnitt; 2a a sample container with plate electrodes in section;

2b eine perspektivische Darstellung der Plattenelektroden des Probenbehälters gemäß 2a; 2 B a perspective view of the plate electrodes of the sample container according to 2a ;

3 eine thermisch und elektrisch isolierte Messkammer im Schnitt; 3 a thermally and electrically isolated measuring chamber in section;

4a eine koaxial ausgebildete Messzelle im Schnitt 4a a coaxially formed measuring cell in section

4b die Draufsicht auf die Messzelle gemäß 4a; 4b the top view of the measuring cell according to 4a ;

5 die schematische Darstellung eines komplexen Gerätekonzeptes zur Messung von verschiedenen Flüssigkeitsparametern; 5 the schematic representation of a complex device concept for measuring different liquid parameters;

6 die graphische Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit der Messspannung, vom destilliertem Wasser, Um(t); 6 the graphical representation of the temporal dependence of the measuring voltage, the distilled water, U m (t);

7 die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Driftbeweglichkeit μd und der Konzentration der driftenden Ionen nd von der Zeit t, vom destilliertem Wasser; 7 the graph of the dependence of the drift mobility μ d and the concentration of drifting ions n d of the time t, of distilled water;

8 die graphische Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit der Messspannung vom Biodiesel, Um(t); 8th the graphical representation of the temporal dependence of the measuring voltage of the biodiesel, U m (t);

9 die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Driftbeweglichkeit μd und der Konzentration der driftenden Ionen nd von der Zeit t, vom Biodiesel; 9 the graphical representation of the dependence of the drift mobility μ d and the concentration of the drifting ions n d of the time t, of biodiesel;

10 die graphische Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit der Messspannung, Um(t), vom Öl 04/2; 10 the graphical representation of the time dependence of the measuring voltage, U m (t), of the oil 04/2;

11 die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Driftbeweglichkeit μd und der Konzentration der driftenden Ionen nd von der Zeit t, vom Öl 04/2; 11 the graphical representation of the dependence of the drift mobility μ d and the concentration of the drifting ions n d of the time t, the oil 04/2;

12 die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Driftbeweglichkeit μd von verschiedenen, aber konstanten Temperaturen Tcj, vom Öl 04/2; 12 the graphical representation of the dependence of the drift mobility μ d of different, but constant temperatures T cj , of the oil 04/2;

13 die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Driftbeweglichkeit μd und der Konzentration der driftenden Ionen nd von der Zeit t, vom Altöl 04/2; 13 the graphical representation of the dependence of the drift mobility μ d and the concentration of the drifting ions n d of the time t, from waste oil 04/2;

14 die graphische Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit der Messspannung, Um(t), vom Glycerol; 14 the graphical representation of the temporal dependence of the measuring voltage, U m (t), of glycerol;

15 die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Driftbeweglichkeit μd und der Konzentration der driftenden Ionen nd von der Zeit t, vom Glycerol; 15 the graphical representation of the dependence of the drift mobility μ d and the concentration of drifting ions n d of the time t, glycerol;

16 die graphische Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit der Messspannung, Um(t), vom Petroleum; 16 the graphical representation of the temporal dependence of the measuring voltage, U m (t), of petroleum;

17 die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Driftbeweglichkeit μd und der Konzentration der driftenden Ionen nd von der Zeit t, vom Petroleum; 17 the graph of the dependence of the drift mobility μ d and the concentration of the drifting ions n d from the time t, from kerosene;

18 Tabellarische Zusammenfassung von Messergebissen verschiedener Flüssigkeiten und die Angabe ihrer typischen Parameter; 18 Tabular summary of measurement results of different liquids and the indication of their typical parameters;

Zunächst werden mit den 1 bis 5 Anordnungen beschrieben, die aus einzelnen Geräten, Modulen bzw. Elementen bestehen, mit denen die erforderlichen Parameter bestimmt werden können, die zur Ermittlung der Leitfähigkeit und ihrer zugehörigen Parameter sowie des pH-Wertes erforderlich sind.First, with the 1 to 5 Arrangements are described which consist of individual devices, modules or elements, with which the required parameters can be determined, which are required to determine the conductivity and its associated parameters and the pH.

1a zeigt eine einfache Anordnung mit einer isolierten Messkammer (Mk) bei der die Innentemperatur der Messflüssigkeit (Tc) mit einem Temperatursensor (Ts) gemessen werden kann. (Vereinfacht deshalb, weil hierbei die Messzelle in die Flüssigkeit taucht und unerwünschte Nebenströme, z. B. von der Rückseite der Elektrode, vernachlässigt werden.) 1a shows a simple arrangement with an insulated measuring chamber (M k ) in which the internal temperature of the measuring liquid (T c ) with a temperature sensor (T s ) can be measured. (Simplifies, because in this case the measuring cell dips into the liquid and unwanted side currents, eg from the back of the electrode, are neglected.)

In der Messkammer Mk ist die Messzelle Mz angeordnet, die vereinfacht durch einen Plattenkondensator ausgebildet ist. Hierbei sind zwei gleiche und ebene Edelstahlplatten mit den Elektrodenflächen A1,2 – parallel und im Abstand d – direkt zueinander angeordnet. Dazwischen befindet sich im leeren Zustand Luft (oder ggf. ein Vakuum) oder aber die Flüssigkeit Sx, von der die Parameter gemessen werden sollen. Zur Anordnung gehören weiter eine Spannungsquelle mit einer konstant einstellbaren elektrischen Gleichspannung Uc, ein digitales pA-Amperemeter und ein Schalter S. Statt eines Amperemeters kann z. B. auch ein Strom-Spannungswandler eingesetzt werden.In the measuring chamber M k , the measuring cell M z is arranged, which is simplified by a plate capacitor. Here are two identical and flat stainless steel plates with the electrode surfaces A 1.2 - parallel and at a distance d - arranged directly to each other. In between there is air (or possibly a vacuum) in the empty state or the liquid S x from which the parameters are to be measured. The arrangement further includes a voltage source with a constant adjustable DC electrical voltage U c , a digital pA ammeter and a switch S. Instead of an amperemeter z. B. also a current-voltage converter can be used.

Die 1b zeigt auszugsweise aus 1a einen Messwiderstand Rm, der das Amperemeter ersetzt. Hierbei wird mit dem Digitalvolmeter DV der Spannungsabfall an Rm gemessen und daraus der Messstrom Im bestimmt. Statt eines DV kann auch ein digitaler Spannungs-Stromwandler zum Einsatz kommen oder durch einen Oszillographen oder durch einen Schreiber ersetzt werden. Die Spannungsquelle, der Schalter, der Temperatursensor, das pA-Amperemeter oder Rm und das DV oder die anderen Gerätevarianten sind über ihre Schnittstellen Ss mit einem PC verbunden, der die gemessenen Parameter oder Daten erfasst, speichert und anzeigt.The 1b shows in excerpts 1a a measuring resistor R m , which replaces the ammeter. In this case, the voltage drop at R m is measured with the digital voltmeter DV and from this the measuring current Im is determined. Instead of a DV, a digital voltage-current converter can be used or replaced by an oscilloscope or by a recorder. The voltage source, the switch, the temperature sensor, the pA ammeter or R m and the DV or the other device variants are connected via their interfaces S s to a PC, which detects, stores and displays the measured parameters or data.

Die Messkammer Mk gemäß 1a, lässt sich durch einen Probenbehälter, ähnlich der bekannten Küvettengeometrie optimal realisieren, wie das in den 2a und 2b dargestellt ist. Die Messzelle Mz wird hier dadurch gebildet, dass die Elektroden A an den zwei großen Innenflächen des Behälters B angebracht sind, der z. B. aus Teflon oder Glas bestehen kann. Auf diese Weise erhält man zugleich ein definiertes Innenvolumen der Messzelle Vz = A1,2·d, das sich auch auf diese Weise minimieren lässt. In dieser Art Messzelle wird ein Flüssigkeitsvolumen eingefüllt; sie heißen Volumenmesszellen. Im Unterschied zu den Tauchmesszellen, die einfach in die Flüssigkeit getaucht werden. Wenn die Flächen der Elektroden A an ihrer Rückseite mit den großen Wandungsflächen des Behälters B durch ein Schraubgewinde verbunden sind und die elektrischen Kontakte als Leitungen L nach außen geführt werden, entfallen zugleich die isolierenden Distanzstücke, die sonst den konstanten Abstand d der Messzelle realisieren helfen. Unterschiedliche Elektrodenabstände d werden bei solchen Probenbehältern durch unterschiedlich, dicke Elektroden oder Küvetten realisiert, wobei die Küvettengeometrie und damit die Flächen der Elektroden A gleich bleiben. Die Symbole 1 und 2 in der 2a, sollen unterschiedliche Füllstände der Flüssigkeit andeuten; z. B. bei Kälte oder Wärme. Bei dieser Messzellenvariante (siehe 2b) könnten zusätzlich alle Flächen außer die gegenüberliegenden Elektrodenflächen A1 und A2 isoliert ausgebildet sein. Die Elektroden sind dagegen blank polierte Flächen (BF). In dieser Darstellung sind auch die in dieser Ansicht sichtbaren, isolierten Flächen mit (IF) gekennzeichnet Auch können die beiden Elektroden als ein Halbzylinder gewölbt sein und damit der Messbecher zylinderförmig sein. In der komplettierten Draufsicht, d. h. zylindrische Grundkörper mit den Elektroden, würde man einen Kreis sehen, der in der Mitte einen gekrümmten Doppelspalt zeigt, zwischen dem sich die Flüssigkeit befindet. Diese beiden Varianten von Messzellen eignen sich auch als Durchflusszelle, wenn noch Schlaucholiven zum Zu- und Abfluss vorgesehen werden. Ein transparenter Probenbehälter aus Thermoglas, ähnlich einer Küvette, würde zugleich die elektrische Isolierung und die schnelle Erwärmung oder Kühlung der zu messenden Flüssigkeit in einem temperierbaren Bade ermöglichen.The measuring chamber M k according to 1a , can be optimally realized by a sample container, similar to the known Küvettengeometrie, as in the 2a and 2 B is shown. The measuring cell M z is here formed by the fact that the electrodes A are attached to the two large inner surfaces of the container B, the z. B. may consist of Teflon or glass. In this way, one also obtains a defined internal volume of the measuring cell V z = A 1,2 · d, which can also be minimized in this way. In this type of measuring cell, a liquid volume is filled; they are called volume measuring cells. In contrast to the immersion measuring cells, which are simply immersed in the liquid. If the surfaces of the electrodes A are connected at its rear side with the large wall surfaces of the container B by a screw thread and the electrical contacts are guided as lines L to the outside, at the same time eliminating the insulating spacers, which help otherwise realize the constant distance d of the measuring cell. Different electrode spacings d are realized in such sample containers by differently thick electrodes or cuvettes, whereby the cuvette geometry and thus the surfaces of the electrodes A remain the same. The symbols 1 and 2 in the 2a , are intended to indicate different levels of liquid; z. B. in cold or heat. With this measuring cell variant (see 2 B ) In addition, all surfaces except the opposite electrode surfaces A 1 and A 2 could be formed isolated. On the other hand, the electrodes are bright polished surfaces (BF). In this illustration, the isolated surfaces visible in this view are also marked with (IF). The two electrodes can also be arched as a semicylinder and thus the measuring cup can be cylindrical. In the completed plan view, ie cylindrical body with the electrodes, one would see a circle showing in the middle a curved double slit, between which the liquid is located. These two variants of measuring cells are also suitable as flow cells, if hose nozzles for inflow and outflow are still provided. A transparent sample container made of thermoglass, similar to a cuvette, would at the same time enable the electrical insulation and the rapid heating or cooling of the liquid to be measured in a temperature-controlled bath.

3 zeigt die äußere Messkammer M mit der äußeren und der inneren Isolierung ISO bzw. ISOi und einem Deckel D2 in detaillierterer Ausführung als in 1 beschrieben. Die innere Messkammer Mki, ist z. B. durch einen gut kälte- oder wärmeleitenden Behälter realisiert, der mit einer Flüssigkeit Sx gefüllt ist. In die zu untersuchende Flüssigkeit Sx taucht eine Messzelle Mz ein. Bei dieser Messzelle sind bis auf die aktiven Elektrodenflächen alle übrigen Flächen isoliert ausgebildet. In dieser Ansicht sind zwei Distanzhalter, hier als gestrichelte Linien zwischen den Elektroden der Messzelle Mz angeordnet. Mit den beiden Temperatursensoren Ts werden die Temperaturen in der Umgebung der Elektroden und die des Bades gemessen. Der Raum zwischen der äußeren Wandung des Behälters B, zum Beispiel einem Schott-Becherglas oder einer Thermoglasküvette, der inneren Isolierung IISOi und dem Deckel D2 ist mit der Flüssigkeit Su ausgefüllt, die die erzeugte Kälte oder Wärme von der Kälte-Wärme-Zone (KW-Zone) an das Gefäß B weiterleitet. Die KW-Zone wird z. B. durch eine Kupferschlange realisiert, durch die ein zu kühlendes oder zu erwärmendes Medium fließt. Mit dem zweiten Temperatursensor wird die Badtemperatur Tbad überwacht und/oder geregelt. Die KW-Zone kann z. B. auch als ein Heiz- oder/und als ein Peltierelement realisiert werden. Mit den elektrischen Leitungen L, wird die elektrische Spannung Uz an die Messzelle Mz geführt und der Strom durch die Messzelle Iz erfasst. Dafür ist der Deckeldurchbruch D3 vorgesehen. Er kann zugleich zum Ausgleich bei Überdruck dienen. 3 shows the outer measuring chamber M with the outer and inner insulation I SO or I SOi and a cover D 2 in more detail than in 1 described. The inner measuring chamber M ki , z. B. realized by a good cold or heat-conducting container, which is filled with a liquid S x . A measuring cell M z is immersed in the liquid S x to be examined. In this measuring cell, all other surfaces except for the active electrode surfaces are formed in isolation. In this view, two spacers, here as ge dashed lines between the electrodes of the measuring cell M z arranged. With the two temperature sensors T s , the temperatures in the vicinity of the electrodes and those of the bath are measured. The space between the outer wall of the container B, for example a Schott beaker or a Thermoglasküvette, the inner insulation I ISOi and the lid D 2 is filled with the liquid S u , which generates the generated cold or heat from the cold-heat Zone (KW zone) to the vessel B forwards. The KW zone is z. B. realized by a copper coil through which a medium to be cooled or to be heated flows. With the second temperature sensor, the bath temperature T bath is monitored and / or regulated. The KW zone can be z. B. also be realized as a heating and / or as a Peltier element. With the electrical lines L, the electrical voltage U z is passed to the measuring cell M z and the current detected by the measuring cell I z . For the cover opening D 3 is provided. He can also serve to compensate for overpressure.

Die 4a und 4b zeigen als weiteres Beispiel eine andere Messzellenvariante Mz, die als Tauchmesszellen oder als Messzelle mit einem definierten Volumen einsetzbar sind. Sie besteht aus zwei koaxial angeordneten Edelstahlzylindern, die in die Flüssigkeit tauchen oder von ihr durchströmt werden. Die 4a zeigt den vertikalen Schnitt durch die Zylinder. Der Abstand zwischen der Innenfläche des ersten, großen Zylinders und der Außenfläche des inneren, kleineren Zylinders ist d. Da sich bei dieser Anordnung die Elektrodenflächen unterscheiden, ist die äußere Zylinderfläche des inneren Zylinders (Zi): A1 < A2, der inneren Zylinderfläche des Außen-Zylinders (Za).The 4a and 4b show as another example, another measuring cell variant M z , which can be used as immersion measuring cells or as a measuring cell with a defined volume. It consists of two coaxial stainless steel cylinders which dive into or through the liquid. The 4a shows the vertical section through the cylinders. The distance between the inner surface of the first, large cylinder and the outer surface of the inner, smaller cylinder is d. Since the electrode surfaces differ in this arrangement, the outer cylindrical surface of the inner cylinder (Z i ) is: A 1 <A 2 , the inner cylindrical surface of the outer cylinder (Z a ).

Die 4b zeigt die Draufsicht auf die koaxial ausgeführte Messzelle Mz. Diese Variante kann auch nur durch zwei Halbzylinder realisiert werden, die hintereinander stehen und im Spalt mit dem Abstand d die Flüssigkeit Sx eingebracht ist. Zur Vereinfachung wurden hier die isolierenden Montageelemente zum symmetrischen Zusammenhalt, zum Zu- und Abfluss eines bewegten Mediums, zur Abschirmung und Verkleidung der Anordnung und die elektrischen Leitungen weggelassen. Ebenso die Halterungen bei Tauchmesszellen oder die Körper, die durch die Montage der Elektroden, das definierte Volumen der Volumenmesszellen ergeben.The 4b shows the top view of the coaxial measuring cell M z . This variant can also be realized only by two half cylinders, which are behind each other and in the gap with the distance d, the liquid S x is introduced. For simplicity, the insulating mounting elements for symmetrical cohesion, the inflow and outflow of a moving medium, the shielding and lining of the arrangement and the electrical lines have been omitted here. Likewise, the holders of immersion measuring cells or the bodies which, by mounting the electrodes, result in the defined volume of the volume measuring cells.

In 5 ist schematisch ein komplexes Gerätekonzept zur Bestimmung der Flüssigkeitsparameter dargestellt. Das Gerätekonzept umfasst eine oder zwei getrennte Messkammern MK, die beispielsweise eine integrierte kühl- und beheizbare Anordnung sein kann, mit jeweils einer Messzelle Mz. Mit den weiteren elektronischen Komponenten werden die erforderlichen Spannungen bereitgestellt und gemessen. Zur Messung des Zellenstromes dient mindestens ein Messwiderstand Rm, dessen Spannungsabfall sehr genau und digital gemessen wird. Vorteilhaft sind mehrere, frei wählbare Messwiderstände, wobei Rm << als Rz sein sollte. Auf diese Weise kann auch das relativ teuere pA-Meter eingespart werden.In 5 schematically a complex device concept for determining the liquid parameters is shown. The device concept comprises one or two separate measuring chambers M K , which may be, for example, an integrated cooling and heatable arrangement, each with a measuring cell M z . With the other electronic components, the required voltages are provided and measured. At least one measuring resistor R m is used to measure the cell current, the voltage drop of which is measured very precisely and digitally. Advantageously, a plurality of freely selectable measuring resistors, wherein R m << should be as R z . In this way, the relatively expensive pA meter can be saved.

Über die Einzelschnittstellen werden alle erforderlichen Parameter, wie z. B. Uc, Iz oder Umi, Tcj, ti (Messzeit) usw. digital erfasst und die konstanten Größen, wie z. B. Datum, Uhrzeit, Sx, Rm usw. eingegeben. Mittels eines elektronischen Steuermoduls oder Mikroprozessors Md können die konstanten und variablen Parameter gespeichert, programmiert, abgefragt, berechnet und. gezielt gesteuert werden.About the single interfaces are all required parameters, such. B. U c , I z or U mi , T cj , t i (measurement time), etc. digitally detected and the constant quantities, such. As date, time, S x , R m , etc. entered. By means of an electronic control module or microprocessor Md, the constant and variable parameters can be stored, programmed, queried, calculated and. be controlled specifically.

Am Ende erfolgt dann automatisch die Berechnung und die Anzeige der gewünschten Größen: elektrische Leitfähigkeit σ und/oder μd, nd, Tr und des pH-Wertes.At the end, the calculation and the display of the desired quantities take place automatically: electrical conductivity σ and / or μ d , n d , T r and the pH value.

Als PC könnte auch ein Laptop dienen, der mit einer CD geladen wird, die eine Software für die erforderlichen Kommandos und Berechnungen enthält.When PC could also serve a laptop loaded with a CD which is a software for the required commands and contains calculations.

Die weitere Beschreibung der 6 bis 18 wird bei den einzelnen Ausführungsbeispielen vorgenommen.The further description of the 6 to 18 is made in the individual embodiments.

Nach der Beschreibung der Anordnung mit Vorrichtung werden im Folgenden wissenschaftliche Zusammenhänge, auf die sich die Funktionen der Anordnung beziehen und das Verfahren zur Bestimmung von Parametern von Flüssigkeiten stützt, dargestellt und erläutert.To The description of the device arrangement will be described below scientific contexts on which the functions refer to the arrangement and the method for the determination of parameters supported by liquids, shown and explained.

Bei experimentellen und theoretischen Untersuchungen an zahlreichen hoch- und niederohmigen Flüssigkeiten wurde gefunden, dass sie in einem relativ großen und individuellen Spannungsbereich das Ohmsche Gesetz der Elektrizitätslehre erfüllen. Damit sind sie den elektrolytischen Lösungen sehr ähnlich.at experimental and theoretical investigations on numerous High and low ohmic liquids have been found that They are in a relatively large and individual voltage range fulfill the Ohm's Law of Electricity. This makes them very similar to the electrolytic solutions.

In Flüssigkeiten wird die elektrische Leitfähigkeit nicht durch Elektronen, sondern durch Ionen hervorgerufen (Ionenleitung). Hier geht es vordergründig jedoch nicht um elektrolytische Prozesse, sondern um die Ionenleitung in homogenen und molekularen Substanzen, z. B. Wasser, Biodiesel, Motorenöl, Altöl, Glycerol und Petroleum, d. h. rein und unverdünnt. Gebrauchtes Motorenöl (Altöl) ist hierbei eine gezielte Ausnahme.In Liquids becomes the electrical conductivity not by electrons but by ions (ionic conduction). This is superficial but not electrolytic Processes, but the ionic conduction in homogeneous and molecular Substances, eg. As water, biodiesel, motor oil, waste oil, Glycerol and petroleum, d. H. pure and undiluted. Used Motor oil (waste oil) is a targeted exception.

Im Folgenden werden an sich bekannte Gleichungen angewandt:
In den Figuren 1a und 1b sind zwei elektrische Anordnungen dargestellt. Hierbei versorgt die äußere, elektrische Quelle die Reihenschaltung mit einer konstanten Spannung Uc, die aus der Messzelle Mz und dem Pico-Amperemeter (1a) oder z. B. aus der Messzelle Mz und dem Messwiderstand Rm (1b) besteht. Es gilt daher die Gleichung: Uc = Uz + Um Gl. 6worin bedeuten:

Uc
die konstante Gesamtspannung;
Uz
die Zellenspannung;
Um
die Messspannung.
In the following, known equations are used:
In the figures 1a and 1b two electrical arrangements are shown. In this case, the external, electrical source supplies the series connection with a constant voltage U c , which consists of the measuring cell M z and the pico-ammeter (FIG. 1a ) or z. B. from the measuring cell M z and the measuring resistor R m ( 1b ) consists. Therefore the equation applies: U c = U z + U m Eq. 6 in which mean:
U c
the constant total voltage;
U z
the cell voltage;
U m
the measuring voltage.

Wenn der Schalter (in 1a) Se,a geschlossen wird, dann fließt ein elektrischer Strom, das ist der Messstrom Im. Für ihn gilt: Im = Uc/Rz, wenn das niederohmige Amperemeter in Reihe liegt. Oder wenn gemäß 1b der Messwiderstand in Reihe liegt: Im = Um/Rm. Gl. 7 When the switch (in 1a ) S e, a is closed, then an electric current flows, that is the measuring current I m . For him: I m = U c / R z , if the low-impedance ammeter is in series. Or if according to 1b the measuring resistor is in series: I m = U m / R m , Eq. 7

Die elektrische Feldstärke in der Messzelle Ez, wird durch die Zellenspannung Uz und dem Abstand der Elektroden d bestimmt. Es gilt: Ez = Uz/d, Gl. 1worin bedeuten:

Ez
die elektrische Feldstärke in der Messzelle Ez;
Uz
die Zellenspannung
d
Abstand der Elektroden.
The electric field strength in the measuring cell E z , is determined by the cell voltage U z and the distance of the electrodes d. The following applies: e z = U z / d, Eq. 1 in which mean:
E z
the electric field strength in the measuring cell E z ;
U z
the cell voltage
d
Distance of the electrodes.

Nun wird in Anlehnung an die Festkörperphysik, der Begriff der Transitzeit Tr übernommen. Sie ist hier die Laufzeit Tr, der driftenden Ionen zwischen den beiden Elektrodenflächen A1 und A2, die gleich oder unterschiedlich sein können (siehe z. B. 2b und 4a und 4b). Definitionsgemäß gilt dann: Tr = d/(μd·Ez) Gl. 8und nach Umformung: μd = d/(Tr·Ez), Gl. 2 worin bedeuten:

Tr
Transitzeit, gleich Laufzeit der driftenden Ionen zwischen den Elekltroden;
μd
die Beweglichkeit der dominierenden Ionen in oder gegen die Richtung des elektrischen Feldes;
d
Abstand der Elektroden;
Ez
die elektrische Feldstärke in der Messzelle.
Now, based on solid-state physics, the concept of the transit time T r is adopted. Here, it is the transit time T r , the drifting ions between the two electrode surfaces A 1 and A 2 , which may be the same or different (see, for example, FIG. 2 B and 4a and 4b ). By definition, then: T r = d / (μ d · e z ) Eq. 8th and after transformation: μ d = d / (T r · e z ), Eq. 2 in which mean:
T r
Transit time, equal to the duration of the drifting ions between the electrodes;
μ d
the mobility of the dominant ions in or against the direction of the electric field;
d
Distance of the electrodes;
E z
the electric field strength in the measuring cell.

Die elektrische Leitfähigkeit in der Messzelle σz ist: σza = Jz/Ez = (Iz/Uz)·(d/A) Gl. 9aworin bedeuten:

Jz
die Stromdichte des Zellenstromes Iz, durch die Elektrodenfläche A;
Uz
die Zellenspannung, in der Messzelle;
Ez
die elektrische Feldstärke in der Messzelle;
d/A
die Zellenkonstante der Messzelle, mit dem
d
Abstand der Elektroden und der
A
Elektrodenfläche, oder den Elektrodenflächen.
The electrical conductivity in the measuring cell σ z is: σ za = J z / e z = (I z / U z ) · (D / A) Eq. 9a in which mean:
J z
the current density of the cell current I z , through the electrode surface A;
U z
the cell voltage, in the measuring cell;
E z
the electric field strength in the measuring cell;
there
the cell constant of the measuring cell, with the
d
Distance between the electrodes and the
A
Electrode surface, or the electrode surfaces.

Und für σzb ist noch eine weitere Relation bekannt, die mit Gl. 9a identisch ist: σzb = e·nd·μd, Gl. 9bdie bei Umformung die Gleichung: nd = σz/(e·μd) ergibt und, Gl. 4worin bedeuten:

nd
die dominierende Ionenkonzentration und:
σz
die elektrische Leitfähigkeit in der Messzelle;
e
die Elementarladung;
μd
die dominierende Ionenbeweglichkeit.
And for σ zb , for example , another relation is known, which is given by Eq. 9a is identical: σ eg = e · n d · μ d , Eq. 9b when transforming the equation: n d = σ z / (S · μ d ) and, Eq. 4 in which mean:
n d
the dominant ion concentration and:
σ z
the electrical conductivity in the measuring cell;
e
the elementary charge;
μ d
the dominant ion mobility.

Den pH-Wert findet man aus dem bekannten Ausdruck nach Sörenson: pH ≈ –Ig[(cH+)/(mol·I–1)], Gl. 10hierbei steht cH+ für die H+ Ionenkonzentration pro Liter.The pH can be found in the well-known Sörenson term: pH ≈-Ig [(cH + ) / (Mol · I -1 )], Eq. 10 Here, cH + stands for the H + ion concentration per liter.

Der Nenner im Klammerausdruck von Gl. 10 „mol”, lässt sich mit Hilfe der Avogadro-Konstanten 6,0221·1023 substituieren. Und wenn noch die sonst übliche Einheit, der dominierenden Ionenkonzentration cm–3, auch in Liter eingesetzt wird, erhält man aus nd = IndI·cm–3 → IndI/103 cm3. Nach Umformung wird aus der Gl. 10: pH ≈ –Ig[IndI/(6,0221·1023)], Gl. 5 The denominator in parenthesis of Eq. 10 "mol", can be substituted with the help of the Avogadro constant 6.0221 · 10 23 . And if even the usual unit, the dominant ion concentration cm -3 , is also used in liters, one obtains from n d = In d I · cm -3 → In d I / 10 3 cm 3 . After forming, from Eq. 10: pH ≈-Ig [In d I / (6.0221 x 10 23 )], Eq. 5

Nach der Logarithmierung ergibt sich bekanntlich der gesuchte pH-Wert.To The logarithmation is known to give the sought pH.

Falls σ und der pH-Wert in einer Strömung gemessen werden sollen, ist der Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit auf die innere Driftgeschwindigkeit vd bzw. auf μd zu berücksichtigen.If σ and the pH value are to be measured in a flow, the influence of the flow velocity on the internal drift velocity v d or on μ d must be taken into account.

Im Folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.in the The invention is based on exemplary embodiments be explained in more detail.

Begonnen wird mit dem Ausführungsbeispiel 1 (Wasser) und danach beziehen sich die Ausführungsbeispiele auf folgende Flüssigkeiten: Biodiesel, Öl, Altöl, Glycerol und Petroleum.Began becomes with the embodiment 1 (water) and after The embodiments refer to the following liquids: Biodiesel, oil, waste oil, glycerol and petroleum.

Ausführungsbeispiel 1 (Destilliertes Wasser, Dw 01)Embodiment 1 (Distilled Water, dw 01)

Zur Messung wird eine modifizierte Anordnung gemäß 1a und 1b genutzt. Für das Pico-Amperemeter wird ein Messwiderstand von 100 Ω (oder weniger) eingesetzt, und dann die daran abfallende Spannung mit einem hochohmigen Digitalvoltmeter (DV, z. B. vom Typ: Digitek DT80000, Firma: Elektronik Literatur Verlag (ELV)) gemessen, das über die RS-232 Schnittstelle mit dem PC verbunden ist. Der Schalter Se,a in 1 wird durch einen Polwender ersetzt, der den abwechselnden Betrieb der Messzelle mit +/–Uz und dem zwischenzeitlichen Kurzschluss gestattet (hierzu diente ein Eigenbaugerät „Viskosi”). Als Spannungsquelle wurde ein Statronnetzgerät mit den Leistungsdaten: 96 V/0,6 A verwendet.For measurement, a modified arrangement according to 1a and 1b used. For the pico-ammeter, a measuring resistor of 100 Ω (or less) is used, and then the voltage dropping thereon is measured with a high-impedance digital voltmeter (DV, eg of the type: Digitek DT80000, company: Elektronik Literatur Verlag (ELV)) which is connected to the PC via the RS-232 interface. The switch S e, a in 1 is replaced by a pole turner, which allows alternating operation of the measuring cell with +/- U z and the intermediate short-circuit (for this purpose a self-propelled unit "Viskosi" was used). The voltage source used was a static power supply with the performance data: 96 V / 0.6 A.

Die Temperaturvariation und Stabilisation wurde mit Hilfe eines Durchsichtthermostaten CT 52 und eines Durchflusskühlers CK 300, der Firma Schott AG gesichert. In dem Wasserbad des Thermostaten hing ein Edelstahlbecher mit Deckel, der mit Slikonöl gefüllt war und in dem das Becherglas mit der Sonde stand. Das Silikonöl diente zum Austausch der Temperatur zwischen dem Wasserbad und dem Innern des Becherglases, zur Speicherung bei kurzzeitigen Temperaturschwankungen (und zur Verlängerung der möglichen Kriechstrecke vom Wasserbad in die Messsubstanz).The Temperature variation and stabilization was done using a see-through thermostat CT 52 and a flow cooler CK 300, the Schott company AG secured. In the water bath of the thermostat hung a stainless steel cup with lid, which was filled with Slikonöl and in the beaker stood with the probe. The silicone oil served to exchange the temperature between the water bath and the interior of the beaker, for storage during short-term temperature fluctuations (and to extend the possible creepage distance from the water bath to the measuring substance).

Mittels eines integrierten Temperatursensors mit Glasumhüllung (z. B. TFX 430, der Firma ebro) wurde zusätzlich und laufend die Temperatur des Dw 01. und damit der Flüssigkeitsschicht im Innern der Messzelle und im Becherglas auf zwei Stellen hinter dem Komma genau gemessen.through an integrated temperature sensor with glass cladding (eg TFX 430, the company ebro) became additional and ongoing the temperature of the Dw 01. and thus the liquid layer inside the measuring cell and in the beaker in two places behind the comma measured exactly.

Die Messkammer (in diesem Beispiel ein Becherglas) wurde mit ca. 125 ml destilliertem (reinen) Wasser (Dw 01) gefüllt. Darin wurde die (gereinigte und staubfreie) Sonde eingetaucht, die hierbei als Plattenkondensator ausgebildet ist. Leider waren hierbei die den Elektroden abgewandten Flächen noch nicht isoliert. Vorteilhaft ist noch, wenn der Behälter, wie in den 2a und 3 dargestellt (siehe D2), dicht abgedeckt ist, um eine Verstaubung, Verdunstung oder Wechselwirkung mit der Umgebungsluft der Flüssigkeit zu verhindern.The measuring chamber (in this example a beaker) was filled with about 125 ml of distilled (pure) water filled (Dw 01). In it, the (cleaned and dust-free) probe was immersed, which is designed here as a plate capacitor. Unfortunately, the areas facing away from the electrodes were not yet isolated. It is still advantageous if the container, as in the 2a and 3 shown (see D 2 ), tightly covered to prevent dust, evaporation or interaction with the ambient air of the liquid.

Die weiteren Ausführungen beziehen sich auf die 6, mit der grafischen Darstellung der Daten von der Messung: Um(t)_211-K 2. Darin ist der zeitliche Verlauf der Messspannung Um dargestellt und auf die y-Achse bezogen. Bei einer äußeren Gleichspannung (Uc) von 4 V, fiel an einem Messwiderstand von 100 Ω, der in Reihe zur Messzelle lag, die Messspannung Um(t) ab. Und als x-Achse ist die Zeit aufgetragen; hierbei wurde in 1 s eine Messung durchgeführt (Samplingintervall 10).The other versions relate to the 6 , with the graphical representation of the data from the measurement: U m (t) _211-K 2. It shows the time curve of the measuring voltage Um and relates to the y-axis. At an external DC voltage (U c ) of 4 V, the measuring voltage U m (t) dropped on a measuring resistor of 100 Ω, which lay in series with the measuring cell. And as x-axis time is plotted; Here, a measurement was carried out in 1 second (sampling interval 10).

An Hand der 6 und der nachfolgenden 7 soll nun gezeigt werden, wie man nach diesem Verfahren aus dem Verlauf von Um(t) die Transitzeit Tr bestimmt:
Die 6 zeigt zunächst den typischen Um(t)-Verlauf von destilliertem Wasser bei dieser Gleichspannung und dieser Temperatur. Nun werden auf der x-Achse von 6 50 benachbarte Zeitpunkte ausgewählt (beginnend mit i = 1, 2, 3 s usw.). Hierzu wurde eine Exceltabelle zur Messung von Um(t)_211-K2 genutzt. Diese wurde während der Messung digital vom PC aufgezeichnet und enthält zwei Spalten, den Zeitpunkt der Messung und den Betrag der Messspannung.
Based on 6 and the following ones 7 Let us now show how to determine the transit time T r from the course of U m (t) according to this method:
The 6 first shows the typical U m (t) run of distilled water at this DC voltage and temperature. Now on the x-axis of 6 50 adjacent times selected (starting with i = 1, 2, 3 s, etc.). An Excel spreadsheet was used to measure U m (t) _211-K2. It was digitally recorded by the PC during the measurement and contains two columns, the time of the measurement and the amount of the measurement voltage.

Mit Hilfe von Umi und (Gl. 6). lässt und sich dann leicht Uzi bestimmen, weil Uc bekannt und konstant ist. Ebenso lässt sich Izi = Im durch die Kenntnis von Rm und Umi nach Gl. 7 ermitteln.With the help of U mi and (equation 6). and then easily determine U zi , because U c is known and constant. Similarly, I can zi = I m by the knowledge of R m and U mi according to Eq. 7 determine.

Dann wird mit Hilfe der Gl. 1, 2, 6 und 7 Ezi und μdi(t) als Funktion von ti für i = (1, 2, 3, ... bis 50)s bestimmt. Aus den Größen Uzi, Izi sowie der Zellenkonstanten für A1,2 und d (siehe oben) kann nach den Gl. (9a und 4) σi und ni leicht berechnet werden, weil μdi(ti) zuvor mit der Gl. 2 schon bestimmt wurde. Hierzu dient eine programmierte Exceltabelle, die die Gleichungsoperationen ausführt. Am Ende kann daraus einen Tabellenauszug erstellt werden, der wieder ti, und μi sowie ni enthält und für eine Diagrammbildung geeignet ist. Dazu werden die beiden Größen μ(ti) und n(ti) als Funktionen der Zeit (ti, zugleich x-Achse) PC-gestützt in einem x, y-Diagramm aufgetragen. Durch die Überlagerung der beiden Funktionen μdi(t) und ndi(t) in einem Diagramm entsteht ein definierter Schnittpunkt. Es wurde gefunden, dass dieser bei der Temperatur Tci und Uzi bzw. Rm gerade der Transitzeit Tr entspricht. Diese Größe wird im Weiteren als eine Bezugsgröße für die Parameter: μd, nd, σ und pH, verwendet. Siehe hierzu z. B. 7. Die exponentiell abfallende Kurve zeigt μd(ti) und die linear ansteigende Funktion nd(ti). Es wurde bei der Messung (211-K2) die zugehörige Zeit des Schnittpunktes beider Funktionen bei 20,67°C bestimmt, sie betrug Tr = 35,05 s. Hierbei war die anliegende Gesamtspannung Uc auf 4,00 V eingestellt.Then with the help of Eq. 1, 2, 6 and 7 E zi and μ di (t) are determined as a function of t i for i = (1, 2, 3, ... to 50) s. From the variables U zi , I zi and the cell constants for A 1,2 and d (see above) can be calculated according to Eq. (9a and 4) σ i and n i can be easily calculated because μ di (t i ) was previously calculated with Eq. 2 has already been determined. This is done by a programmed Excel spreadsheet that performs the equations. In the end, a table extract can be created from this, which again contains t i , and μ i and n i and is suitable for a diagram formation. For this purpose, the two sizes μ (t i) and n (t i) as functions of time (t i, at the same time x-axis) PC-supported in a x, y-diagram applied. The overlapping of the two functions μ di (t) and n di (t) in one diagram produces a defined intersection point. It has been found that at the temperature T ci and U zi or R m it corresponds to the transit time T r . This quantity will be used as a reference for the parameters: μ d , n d , σ and pH. See z. B. 7 , The exponential decay curve shows μ d (t i ) and the linearly increasing function n d (t i ). It was determined in the measurement (211-K2) the corresponding time of the intersection of both functions at 20.67 ° C, it was T r = 35.05 s. Here, the applied total voltage U c was set to 4.00 V.

Zum Schluss dieses Ausführungsbeispiels wird noch gezeigt, wie mit dem neuen Verfahren σ und der pH-Wert bestimmt werden können. Zur Gewinnung von σ werden zwei Wege gezeigt. Bei dem ersten Weg werden in die Gl. 9a, die Parameter Uz und Iz bei Tr sowie d und A eingesetzt. Aber um Uz einsetzen zu können, muss zunächst Um(Tr) aus dem Diagramm, gemäß 6 bestimmt werden. Man erhält: Um(Tr) = 547,36 mV. Durch Umstellung der Gl. 6 folgt Uz = 3,4526 V, als Zellenspannung zum Zeitpunkt Tr. Mit Hilfe von Gl. 7 wird nun Iz = Im bestimmt. Man erhält dafür 5,4736 μA. Und nun können diese Parameter in die Gl. 9a eingesetzt werden und man erhält für die Messung (211-K2): 5,17 μS/cm. Bei diesem und den weiteren Beispielen vom Dw 01 betrug der Plattenabstand d = 0,083 cm und die Elektrodenfläche, je A1,2 = 25,46 cm2.At the end of this embodiment, it will be shown how σ and the pH value can be determined with the new method. To obtain σ two ways are shown. In the first way in the Eq. 9a, the parameters U z and I z at T r and d and A used. But in order to use U z , first U m (T r ) from the diagram, according to 6 be determined. This gives: U m (T r ) = 547.36 mV. By changing the Eq. 6, U z = 3.4526 V, as the cell voltage at time T r . With the help of Eq. 7, I z = I m is determined. This gives 5.4736 μA. And now these parameters can be converted into Eqs. 9a are used and gives for the measurement (211-K2): 5.17 μS / cm. In this and the other examples of Dw 01, the plate spacing was d = 0.083 cm and the electrode area, each A 1.2 = 25.46 cm 2 .

Bei dem zweiten Weg, werden die nach dem neuen Verfahren ermittelten Parameter μd und nd aus der 7 abgelesen und in Gl. 9b eingesetzt. Und damit ergibt sich eine einfache Möglichkeit der Berechnung von σ, da sich bei Tr beide Zahlenwerte (μd und nd) nur um ihre Einheiten unterscheiden und im μd, nd-Diagramm nach 7 ablesbar sind.In the second way, the parameters μ d and n d determined by the new method are calculated from the 7 read and in Eq. 9b used. And so there is an easy way to calculate σ, since at T r both numerical values (μ d and n d ) differ only by their units and in the μ d , n d diagram after 7 are readable.

Die Resultate sind: μd = 5,66·10–5 cm2/Vs und nd = 5,66·10+17 cm–3. Damit erhält man mit Gl. 9b: σ(Tr) = 1,6022·(IμdI oder IndI)2·(10(–19+x+y))·S/cm,wobei x dem 10'ner Exponenten von μd und y dem 10'ner Exponenten von nd entspricht.The results are: μ d = 5.66 x 10 -5 cm 2 / Vs and n d = 5.66 x 10 + 17 cm -3 . This gives with Eq. 9b: σ (T r ) = 1.6022 · (Iμ d I or In d I) 2 · (10 (-19 + x + y) ) * S / cm, where x corresponds to the 10 'exponent of μ d and y corresponds to the 10' exponent of n d .

Also: σ(Tr) = 1,6022·(5,66)2·10–7 S/cm = 5,1327 μS/cm. (Die geringe Abweichung beider σ-Werte wird auf die zweifache, manuelle Entnahme der Parameter aus den Diagrammen und den Zwischenrechnungen zurückgeführt). Ein erster relativer pH-Wert kann bereits dadurch gefunden werden, dass auf der x-Achse der Zeitpunkt t = 0 gesucht und an dieser Stelle nd(t = 0) abgelesen wird. Man findet für t = 0 nd = 0,21·1017 cm–3. Mit Hilfe der Gl. 5 erhält man damit: pH = 7,46. Wenn man dagegen nd(Tr) auswertet, erhält man: 5,66·1017 cm–3; und daraus pH = 6,03.Thus: σ (T r ) = 1.6022 x (5.66) 2 x 10 -7 S / cm = 5.132 μS / cm. (The small deviation of both σ values is attributed to the two-fold, manual removal of the parameters from the diagrams and the intermediate calculations). A first relative pH can already be found by the fact that on the x-axis of the Time t = 0 searched and at this point n d (t = 0) is read. For t = 0, n d = 0.21 × 10 17 cm -3 . With the help of Eq. 5 is obtained: pH = 7.46. On the other hand, if one evaluates n d (T r ), one obtains: 5.66 × 10 17 cm -3 ; and from this pH = 6.03.

Vergleichsmessungen an frischem (deionisierten) Wasser (z. B. Dw 01) ergaben mit den hier genannten Geräten folgende pH-Messresultate:

  • 1. Hanna Instruments, Typ HI 120 mit der Elektrode: HI 1053, bei 20,2°C pH = 6,134.
  • 2. WTW, Typ pH 91, mit der Sonde Bioblock (90431), bei 21,3°C pH = 6,14.
Comparative measurements on fresh (deionized) water (eg Dw 01) gave the following pH measurement results with the devices mentioned here:
  • 1. Hanna Instruments, type HI 120 with the electrode: HI 1053, at 20.2 ° C pH = 6.134.
  • 2. WTW, type pH 91, with the Bioblock probe (90431), at 21.3 ° C. pH = 6.14.

(Die geringe Abweichung der pH-Wertmessungen zwischen der Methode mit Standardgeräten (siehe 1. und 2.) und dem neuen Verfahren, wird auch darauf zurückgeführt, dass bei diesem Experiment die Elektroden an den Seitenflächen und an der Rückseite nicht isoliert und damit nicht optimal waren.)(The small deviation of the pH measurements between the method with Standard equipment (see 1. and 2.) and the new process, is also attributed to that in this Experiment the electrodes on the side surfaces and at the Back not isolated and therefore not optimal.)

Die erforderlichen Berechnungen wurden zunächst mit einem wissenschaftlichen Taschenrechner (vom Typ: hp 33s) und dann am PC – durch Erweiterung und Programmierung der oben genannten Umi-ti-Exceltabellen – durchgeführt. Die Zeitdauer für die Auswertung einer Messung lässt sich mit Hilfe einer geeigneten Software oder/und eines Mikroprozessors noch weiter verkürzen. So dass am Ende einer Messung (z. B. nach wenigen Sekunden oder Minuten) sofort die Ergebnisse vorliegen.The necessary calculations were first carried out with a scientific calculator (type: hp 33s) and then on the PC - by extension and programming of the U mi -t i Excel tables above. The time period for the evaluation of a measurement can be shortened even further with the aid of suitable software and / or a microprocessor. So that the results are available immediately at the end of a measurement (eg after a few seconds or minutes).

Die Genauigkeit des Verfahrens lässt sich noch dadurch erhöhen, dass z. B. ein hochwertiges digitales Tischmultimeter (z. B. von der Firma Fluke 8845A) zum Einsatz kommt, das in einer s 100 oder mehr Messwerte erfasst und den Datentransfer zum PC gestattet.The Accuracy of the method can be increased even more that z. B. a high-quality digital table multimeter (eg from Fluke 8845A) is used in a s 100 or recorded more measured values and allowed the data transfer to the PC.

Nun müssen noch folgende wichtige Ergänzungen zum Verfahren erfolgen, die die Polung der Spannung betreffen:
Am Anfang wurde von einer konstanten Gleichspannung ausgegangen, ohne hierbei das Vorzeichen der Spannung zu beachten. Aber bei gleichbleibender Stromrichtung bilden sich im Allgemeinen bekannte Polarisationseffekte aus, die sich auf die Messung störend auswirken. Da aber eine genaue Zeitkonstante Tr benötigt wird, wurde gefunden, dass es vorteilhaft ist, wenn mit alternierenden Gleichspannungen gearbeitet wird. D. h. die Messung wird mit einer konstanten, positiven oder negativen Gleichspannung begonnen. Wenige Sekunden oder Minuten nach der Dauer der Messung wird die Messzelle kurzgeschlossen, damit sich das innere Polarisationsfeld wieder neutralisiert. Zu Beginn einer neuen Messung wird der Kurzschluss wieder aufgehoben und dann mit dem gleichen Spannungsbetrage, aber mit umgekehrtem Vorzeichen usw. weitergearbeitet. Am Ende wird aus den Messwerten der Mittelwert gebildet.
Now the following important additions to the procedure have to be made concerning the polarity of the voltage:
At the beginning, a constant DC voltage was assumed, without paying attention to the sign of the voltage. But with constant current direction, known polarization effects generally form, which have a disruptive effect on the measurement. However, since a precise time constant T r is required, it has been found that it is advantageous when working with alternating direct voltages. Ie. The measurement is started with a constant, positive or negative DC voltage. A few seconds or minutes after the duration of the measurement, the measuring cell is short-circuited to neutralize the inner polarization field again. At the beginning of a new measurement, the short circuit is canceled again and then further worked with the same voltage amount, but with the opposite sign and so on. At the end, the mean value is calculated from the measured values.

Durch die Applikation eines Polwenders mit zwischenzeitlichem Kurzschluss gelingen reproduzierbare Messungen, da auf diese Weise das Problem der Polarisation reduziert wird. Der Polwender (z. B. ein Umschalter oder Relais; zugleich ein Kurzschließer) kann natürlich durch einen speziellen Rechteckgenerator ersetzt werden, der insbesondere variable Amplituden, lange Impulse und den zwischenzeitlichen Kurzschluss der Messzelle liefern kann.By the application of a Polwender with temporary short circuit make reproducible measurements, because in this way the problem the polarization is reduced. The pole turner (eg a switcher or relays; at the same time a short-circuiter) can of course be replaced by a special rectangular generator, in particular variable amplitudes, long pulses and the intermediate short circuit of the Can supply measuring cell.

In der 18 sind diese und weitere Messresultate, auch von anderen Flüssigkeiten, aufgeführt.In the 18 These and other measurement results, including other liquids, are listed.

Ausführungsbeispiel 2 (Biodiesel, Bd 06 (handelsüblicher Kraftstoff))Exemplary embodiment 2 (biodiesel, Bd 06 (commercial fuel))

Die Messanordnung und die Probennahme erfolgten wie schon im Ausführungsbeispiel 1 dargelegt. Auch wird wieder von einer konstanten Temperatur (Tcj) im Becherglas ausgegangen.The measuring arrangement and the sampling took place as already explained in the exemplary embodiment 1. Again, a constant temperature (T cj ) in the beaker is assumed.

Das Diagramm gemäß 8, zeigt den typischen Verlauf der Messspannung Um(t)_229-K20 vom Biodiesel 06 bei 30,02°C. Der Messwiderstand betrug 100 kΩ. Daraus wurde wie im Ausführungsbeispiel 1 (Dw 01) ausführlich dargelegt, nach dem neuen Verfahren, die 9 gewonnen. Zur Bestimmung der Transitzeit Tr ist die Aufmerksamkeit auf die 9, dem μd/nd-Diagramm von Um(t)_229-K20 (8) zu richten. Man erhält aus diesem Diagramm bei 30,02°C z. B. folgende Parameter: Tr = 18,65 s, μd(Tr) = 4,9731·10–5 cm2/Vs und nd(Tr) = 4,9731·10+13 cm–3.The diagram according to 8th , shows the typical course of the measuring voltage U m (t) _229-K20 of the biodiesel 06 at 30.02 ° C. The measuring resistor was 100 kΩ. This was explained in detail as in the embodiment 1 (Dw 01), according to the new method, the 9 won. To determine the transit time T r is the attention to the 9 , the μ d / n d diagram of Um (t) _229-K20 ( 8th ). Obtained from this diagram at 30.02 ° C z. For example, T r = 18.65 s, μ d (T r ) = 4.9731 x 10 -5 cm 2 / Vs, and n d (T r ) = 4.9731 x 10 + 13 cm -3 .

Nun soll noch gezeigt werden, wie mit dem neuen Verfahren σ und der pH-Wert bestimmt werden kann. Zur Gewinnung von σ (aus der Messung: 229-K20) werden in die Gl. 9b die Parameter μd und nd eingesetzt, die aus der 9 bei Tr ablesbar sind. Man erhält mit den Parametern μd(Tr) und nd(Tr) und Gl. 9b: σ(Tr) = 0,396·10–9 S/cm.Now we want to show how the new method can be used to determine σ and the pH value. To obtain σ (from the measurement: 229-K20), Eqs. 9b uses the parameters μ d and n d , which are derived from the 9 can be read at T r . The parameters μ d (T r ) and n d (T r ) and Eq. 9b: σ (T r ) = 0.396 x 10 -9 S / cm.

Dann wird in der 9, nd bei (t = 0) und nd(t = Tr) abgelesen. Mit Hilfe der Gl. 5 und dem Einsetzen der jeweiligen IndI, erhält man: pH = 10,78 bzw. 10,08 bei Tr. Weitere beispielhafte Parameter zum Biodiesel 06, enthält die 18.Then in the 9 , n d at (t = 0) and n d (t = T r ) read. With the help of Eq. 5 and the onset of the respective In d I, one obtains: pH = 10.78 or 10.08 at T r . Further exemplary parameters for biodiesel 06 include the 18 ,

Ausführungsbeispiel 3 (Öl. 02/4 (handelsübliches Motorenöl, vom Typ: 10 W-40)Embodiment 3 (Oil. 02/4 (commercial motor oil, type: 10 W-40)

Die Probennahme, die Bestimmung der Transitzeit und der μd und nd-Parameter wurden analog, wie in den Ausführungsbeispielen 1 bis 2 dargelegt, vorgenommen.The sampling, the determination of the transit time and the μ d and n d parameters were carried out analogously, as set forth in the exemplary embodiments 1 to 2.

In der 10 ist der Verlauf von Um(t)_241-K19 vom Öl 02/4 bei 34,84°C gezeigt. Bei dieser Messung betrug die Gesamtspannung: –12,00 V und der Messwiderstand 100 kΩ. In der 11 sind wieder μd und nd als Funktion der Zeit dargestellt. Hierbei wurde alle 5 s eine Messung durchgeführt. Die Ergebnisse bei 34,84°C sind: Tr = 36,29 s, die zugehörigen Transportparameter lassen sich aus dem Diagramm nach 11 ablesen. Es sind: μd = 1,6774·10–5 cm2/Vs und nd = 1,6774·10+14cm–3.In the 10 the course of U m (t) _241-K19 from oil 02/4 at 34.84 ° C is shown. In this measurement, the total voltage was -12.00 V and the measuring resistor was 100 kΩ. In the 11 again μ d and n d are shown as a function of time. In this case, a measurement was carried out every 5 seconds. The results at 34.84 ° C are: T r = 36.29 s, the corresponding transport parameters can be seen from the diagram 11 read off. They are: μ d = 1.6774 x 10 -5 cm 2 / Vs and n d = 1.6774 x 10 + 14 cm -3 .

In der 12 ist von diesem Schmieröl noch μd = f(Tcj) dargestellt. Man erkennt gut die typisch, exponentiell ansteigende Beweglichkeit mit zunehmender Temperatur.In the 12 is of this lubricating oil still μ d = f (T cj ) shown. One recognizes well the typical, exponentially increasing mobility with increasing temperature.

Analog zum Biodiesel wurden vom Öl 04/2 die folgenden Parameter bestimmt: μd, nd, σ, Tr und der pH-Wert. Diese Parameter sind in der Tabelle, gemäß 18 aufgeführt.Similar to biodiesel, the following parameters were determined by oil 04/2: μ d , n d , σ, T r and the pH value. These parameters are in the table, according to 18 listed.

Ausführungsbeispiel 5 (Kfz-Altöl, das im frischen Zustand das Öl. 02 war)Embodiment 5 (automotive waste oil, in the fresh state, the oil. 02 was)

Die Probennahme, die Bestimmung der Transitzeit und der μd und nd-Parameter erfolgten, wie schon in den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 ausführlich dargelegt.The sampling, the determination of the transit time and the μ d and n d parameters were carried out, as already detailed in the embodiments 1 to 4.

Dieses Altöl war im Frischezustand ein handelsübliches Motorenöl, vom Typ: 10W-40.This Used oil was a commercial one in the freshness state Engine oil, type: 10W-40.

Es entstand nach 20.000 km Laufleistung eines kleinen Lieferautos. In der nachfolgenden Tabelle sind typische Parameter vom Frischöl und vom Altöl gegenüber gestellt. Tabelle 1 Parametervergleich von Frisch- und Altöl 04/2 (nach 20.000 km) Messung Lb 03/237-K9 LB 05/96-K3 T(°C) 11.88 11.84 T(K) 285.03 284.99 Uc(V) 12.00 12.00 Uz(V) 11.95 11.98 Tr(s) 66.28 30.53 μd(Tr) (10–6 cm2/Vs) 9.13 20.96 nd(Tr) (10+12 cm–3 91.3 20.96 sigma (10–9 S/cm) 0.133 0.0704 pH(Tr) 9.82 10.46 nopt 1.48 1.69 Der Brechungsindex (n0) dient hier nur zum Vergleich. It was created after 20,000 km mileage of a small delivery truck. The following table compares typical parameters of fresh oil and used oil. Table 1 Parameter comparison of fresh and used oil 04/2 (after 20,000 km) Measurement Lb 03/237-K9 LB 05/96-K3 T (° C) 11.88 11.84 T (K) 285.03 284.99 U c (V) 12:00 12:00 U z (V) 11.95 11.98 T r (s) 66.28 30.53 μ d (T r ) (10 -6 cm 2 / Vs) 9.13 20.96 n d (T r ) (10 + 12 cm -3 91.3 20.96 sigma (10 -9 S / cm) 0133 0.0704 pH (T r ) 9.82 10:46 n opt 1:48 1.69 The refractive index (n 0 ) is used here only for comparison.

In der 13 ist nach diesem Verfahren für Altöl μd und nd bei 25,01°C gewonnen und dargestellt worden. Ihre und weitere Parameter sind in der 18 aufgeführt.In the 13 has been recovered and prepared by this method for waste oil μ d and n d at 25.01 ° C. Their and other parameters are in the 18 listed.

Ausführungsbeispiel 6 (dickflüssiges Glycerol (Glycerol 02, PH. EUR. 5.0)Embodiment 6 (viscous Glycerol (Glycerol 02, PH. EUR. 5.0)

Die Probennahme, die Bestimmung der Transitzeit und der μd und nd-Parameter erfolgten wie schon in den Ausführungsbeispielen 1 bis 5 ausführlich dargelegt.The sampling, the determination of the transit time and the μ d and n d parameters were carried out as already detailed in the embodiments 1 to 5.

Das Glycerol (siehe z. B. Merckkatalog, von 2005–2007, Seite 461 ) hat die Strukturformel C3H8O3. Ferner sind davon noch folgende Parameter bekannt: der Kondensationspunkt bei 16,85 und der Schmelzpunkt bei 18°C. Und es hat bei 20°C eine relativ hohe Dichte von 1,26 g/cm3.The glycerol (see eg. Merck Catalog, from 2005-2007, page 461 ) has the structural formula C 3 H 8 O 3 . Furthermore, the following parameters are known: the condensation point at 16.85 and the melting point at 18 ° C. And it has a relatively high density of 1.26 g / cm 3 at 20 ° C.

Die 14 zeigt den Verlauf der Messspannung in Abhängigkeit von der Zeit. Und die 15 zeigt μd und nd bei der gleichen Temperatur wie in 14, d. h. 20,08°C und Uc = +5,00 V. Analog zu den Ausführungsbeispielen 1 bis 5 soll abschließend auf Parameter vom Glycerol 02 hingewiesen werden, die in der 18 aufgeführt sind, z. B. auf den pH-Wert von Glycerol 02.The 14 shows the course of the measuring voltage as a function of time. And the 15 shows μ d and n d at the same temperature as in 14 , ie 20.08 ° C and U c = +5.00 V. Analogously to the embodiments 1 to 5 is to be pointed finally to parameters of glycerol 02, which in the 18 are listed, for. B. on the pH of glycerol 02.

Ausführungsbeispiel 6 (Petroleum zur Analyse, Fa. Merck)Embodiment 6 (Petroleum for analysis, Fa. Merck)

Die Vorbereitung und Durchführung der Messung erfolgten wieder, wie oben beschrieben. In der 16 ist Um(t) dargestellt. Die Temperatur betrug 19,97°C, die Spannung U = –30,00 V und Rm war 1 MΩ. Und die 17 zeigt μd und nd bei der gleichen Temperatur und Spannung, wie in 16.The preparation and performance of the measurement were again as described above. In the 16 U m (t) is shown. The temperature was 19.97 ° C, the voltage U = -30.00 V and R m was 1 MΩ. And the 17 shows μ d and n d at the same temperature and voltage as in 16 ,

Weitere Parameter vom Petroleum enthält die 18.Other parameters of petroleum contains the 18 ,

Mit der Erfindung ist es beispielsweise möglich, den Wechsel des Öles in Motoren in Abhängigkeit von der Veränderung objektiver Faktoren und nicht mehr – wie das oft noch üblich ist – von Erfahrungswerten abzuleiten. So sind gegenwärtig Havarien. an Verbrennungsmotoren und an Windkrafträdern bekannt, bei denen Getriebe zerstört wurden, obwohl die gemessenen Viskositätswerte der verwendeten Öle noch im „Betriebsbereich” lagen. Die mit Hilfe der Erfindung erfassbaren Veränderungen der Parameter σ, μd, nd und Tr, aber vor allem des pH-Wertes in Abhängigkeit von der Betriebsdauer und den Betriebstemperaturen gestattet es, die Notwendigkeit eines Ölwechsels zu objektivieren und Langzeitschäden zu vermeiden.With the invention it is for example possible to derive the change of the oil in engines depending on the change of objective factors and not - as is often still the case - from empirical values. So are currently accidents. on internal combustion engines and wind turbines, in which gearboxes were destroyed, although the measured viscosity values of the oils used were still in the "operating range". The detectable with the aid of the invention changes the parameters σ, μ d , n d and T r , but especially the pH value as a function of the operating time and the operating temperatures makes it possible to objectify the need for oil change and to avoid long-term damage.

Mit Hilfe einer Software, die zur Sonde und zu dem Gerät gehört, und die die dargestellten Zusammenhänge erfasst, können die gewünschten Flüssigkeitsparameter in kürzester Zeit automatisch ermittelt und dargestellt werden.With Help of software belonging to the probe and the device and that captures the presented relationships the desired liquid parameters in the shortest time Time can be determined and displayed automatically.

BezugszeichenaufstellungREFERENCE NUMBERS

  • A1, A2 A 1 , A 2
    Elektrodenflächenelectrode surfaces
    Am A m
    mittlere Elektrodenfläche, von A1, A2 average electrode area, from A 1 , A 2
    mAmA
    Stromeinheit, MilliampereCurrent unit, milliamps
    pApA
    Pico-AmperemeterPico Ammeter
    BB
    Behälter oder Gefäß, z. B. Glasbecher oder eine Rechteckküvettecontainer or vessel, e.g. B. glass cup or a rectangular cuvette
    BFBF
    Blank polierte und leitfähige ElektrodenflächenBlank polished and conductive electrode surfaces
    cmcm
    Längeneinheit, auch als Flächen- oder Volumeneinheit, z. B. cm2 bzw. cm3 Length unit, also as area or volume unit, z. B. cm 2 or cm 3
    cH+ cH +
    WasserstoffionenkonzentrationHydrogen ion concentration
    dd
    Elektrodenabstandelectrode distance
    ee
    Elementarladungelementary charge
    DVDV
    DigitalvoltmeterDigital voltmeter
    D1 D 1
    Isolierende Distanzhalter zwischen den Elektroden, gleich dInsulating spacers between the electrodes, equal to d
    D2 D 2
    Deckel der MesskammerCover of the measuring chamber
    D3 D 3
    Öffnung für Durchführungen, z. B. für elektrische Leitungen oder auch zur Belüftung bzw. zum DruckausgleichOpening for Bushings, z. B. for electrical cables or for ventilation or pressure equalization
    Ee
    Elektrische Feldstärke, allgemeinElectric field strength, generally
    Ec E c
    konstante, elektrische Feldstärkeconstant, electric field strength
    Ez E z
    elektrische Feldstärke in der Messzelle electric field strength in the measuring cell
    Ezi E zi
    elektrische Feldstärke in der Messzelle, zum Zeitpunkt t, während der digitalen Messungelectric field strength in the measuring cell, at time t, during the digital Measurement
    E1 E 1
    Elektrode 1, mit der Fläche A1 Electrode 1, with the area A 1
    ff
    allgemeines Funktionssymbolgeneral function symbol
    Gl. xEq. x
    Gleichung mit der Nummer xEquation with the Number x
    IFIF
    Isolierte Flächen, von den aktiven und leitfähigen Elektrodenflächen, zumeist senkrecht (als Seitenränder) oder parallel abgewandt (Rückflächen, der Elektroden)Isolated surfaces, from the active and conductive electrode surfaces, mostly vertical (as side edges) or facing away in parallel (Back surfaces, the electrodes)
    Im I m
    Messstrom, allgemeinMeasuring current, general
    Imi I mi
    Messstrom, zum Zeitpunkt t, während der digitalen MessungMeasuring current, at the time t, during the digital measurement
    Iz I z
    Elektrischer Strom, durch die Messzelle, auch ZellenstromElectrical current, through the measuring cell, also cell current
    Iso I like that
    Thermisch und elektrisch isolierte MesskammerThermal and electrical isolated measuring chamber
    Isoi I soi
    Innenwandung der isolierten MesskammerInner wall of the insulated measuring chamber
    JJ
    Stromdichte, allgemeinCurrent density, general
    Jz J z
    Stromdichte, in der MesszelleCurrent density, in the cell
    KK
    KelvinKelvin
    KWKW
    Kälte-Wärmeelemente, zur Temperierung des UmgebungsbadesRefrigerated Heating elements for temperature control of the ambient bath
    LL
    elektrischer Leiter oder Leitungenelectrical conductor or wires
    II
    Litersymbolliter symbol
    IgIg
    Dekadischer LogarithmusDecadal logarithm
    Md M d
    Modulmodule
    MK M K
    Messkammermeasuring chamber
    Mz M z
    Messzelle, allgemein, oder als Tauchmesszelle gestaltetMeasuring cell, in general, or designed as a dip-cell
    molmol
    Einheit der StoffmengeUnit of substance quantity
    nd n d
    Konzentration der dominierenden und driftenden Ionen, allgemein in cm–3 Concentration of dominant and drifting ions, generally in cm -3
    IndIIn d i
    Betrag oder Zahlenwert dieser Konzentration, die Einheit, z. B. 10+13 cm–3, steht gesondert als FaktorAmount or numerical value of this concentration, the unit, z. B. 10 +13 cm -3 , stands separately as a factor
    nopt n opt
    Optischer BrechungsindexOptical refractive index
    PCPC
    Personalcomputer personal computer
    pHpH
    Symbol für den Parameter pH-Wertsymbol for the pH parameter
    Rm R m
    variabler Messwiderstand, z. B. 10 Ω oder 100 kΩvariable measuring resistor, z. B. 10 Ω or 100 kΩ
    Rz R z
    Ohmscher Widerstand der MesszelleOhmic resistance the measuring cell
    Se,a S e, a
    Schalter, Ein/Aus oder/und Polwender, der die Messzelle umpoltSwitch, on / off and / or Polwender, which reverses the measuring cell
    SS
    Siemens, Einheit der elektrischen LeitfähigkeitSiemens, unit of electrical conductivity
    Ss S s
    Schnittstelle zum PC oder NotebookInterface to PC or notebook
    Su S u
    Umgebungsbad, zum TemperaturausgleichAmbient bath, to temperature compensation
    Sx S x
    Messflüssigkeit, allgemein oder auch flüssige SubstanzMeasuring liquid, general or liquid substance
    tt
    allgemeiner Zeitparametergeneral time parameter
    ti t i
    Zeitparameter, z. B. bedeutet i = 5 den Zeitpunkt ti = 25 s, wenn alle 5 s eine Messung erfolgteTime parameters, eg. For example, i = 5 means the time t i = 25 s when a measurement was made every 5 seconds
    Tb T b
    Impusbreite des Rechteckimpulses (z. B. +/–Uc)Impulse width of the rectangular pulse (eg +/- U c )
    Tbad T bad
    Badtemperatur in einer MesskammerBath temperature in one measuring chamber
    Tc T c
    konstante Temperatur, allgemein konstante Temperaturwerte, z. B. mit dem Index j = 3, z. B. T3 = 15°Cconstant temperature, generally constant temperature values, eg. B. with the index j = 3, z. B. T 3 = 15 ° C
    Tr T r
    Transitzeit, mittlere Laufzeit von S zwischen den Elektroden A im Abstand dTransit time, medium Transit time of S between the electrodes A at a distance d
    Ts T s
    Temperatursensortemperature sensor
    Uc U c
    regelbare, konstante Spannungsquelle, zugleich Gesamtspannungadjustable, constant Voltage source, at the same time total voltage
    Um U m
    Messspannungmeasuring voltage
    Um(t)U m (t)
    die zeitabhängige Messspannungthe time-dependent measuring voltage
    Umi U mi
    Messspannung, zum Zeitpunkt ti, während der digitalen MessungMeasuring voltage, at time t i , during the digital measurement
    Uz U z
    an der Messzelle anliegende Spannungattached to the measuring cell tension
    Uzi U zi
    an der Messzelle anliegende Spannung, zum Zeitpunkt ti, während der digitalen Messungvoltage applied to the measuring cell, at time t i , during the digital measurement
    Vd V d
    Driftgeschwindigkeit der Ionen, z. B. in einer Strömungdrift velocity the ions, z. B. in a flow
    Vz V z
    Volumen der MesszelleVolume of the measuring cell
    Za Z a
    äußerer Edelstahlzylinderouter stainless steel cylinder
    Zi Z i
    innerer Edelstahlzylinder inner stainless steel cylinder
    μd μ d
    Driftbeweglichkeit, einer dominierenden IonenartDrift mobility, a dominant ionic species
    μAuA
    Einheit des elektrischen Stromes, MikroampereUnit of electrical Electricity, microampere
    σσ
    Elektrische Leitfähigkeit, allgemeinElectric conductivity, generally
    σz σ z
    Elektrische Leitfähigkeit, in der MeßzelleElectric conductivity, in the measuring cell
    ΩΩ
    Einheit des Widerstandes, auch kΩ (Kilo Ohm) oder MΩ (106 Ohm)Unit of resistance, also kΩ (kilo ohms) or MΩ (10 6 ohms)

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Merckkatalog, von 2005–2007, Seite 461 [0109] - Merck Catalog, from 2005-2007, page 461 [0109]

Claims (15)

Verfahren zur Bestimmung von Flüssigkeitsparametern, wie der Beweglichkeit μd und der Konzentration nd der dominierenden Ionenart, der elektrischen Leitfähigkeit σ, der Transitzeit Tr und des pH-Wertes, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer konstanten Temperatur Tcj und einer konstanten Gesamtspannung Uc, die an einer Messkammer Mk mit einer Messzelle Mz mit der zu prüfenden Flüssigkeit Sx und mindestens zwei im parallelen Abstand d voneinander angeordneten Elektrodenflächen A1 und A2, die sich direkt gegenüberliegen mit an sich bekannten Mitteln die Messzellenspannung Uzi festgestellt und in einer definierten Taktzeit ti der Messstrom Imi bestimmt wird und danach die elektrische Feldstärke Ezi nach Ezi = Uzi/d Gl. 1worin Uzi die Zellenspannung zum Zeitpunkt ti und d der Abstand der Elektrodenflächen A1 und A2 ist, bestimmt wird und danach als Flüssigkeitsparameter die Beweglichkeit der dominierenden Ionen μdi nach der Beziehung μdi = d/(ti·Ezi) Gl. 2worin ti die Taktzeit von i = 1 bis n ist, ermittelt wird und/oder als weiterer Flüssigkeitsparameter die elektrische Leitfähigkeit σi nach der Beziehung σzi = (Imi/Am)/(Uzi/d) Gl. 3worin Am die mittlere Elektrodenfläche Am = (A1 + A2)/2, e die Elementarladung und Imi der Messstrom zum Zeitpunkt ti ist, ermittelt wird und/oder als Flüssigkeitsparameter die dominierende Ionenkonzentration ndi nach der Beziehung ndi = σzi/(e·μdi) Gl. 4worin i = 1 bis n ist, ermittelt wird und/oder als ein weiterer Flüssigkeitsparameter die Transitzeit Tr als Schnittpunkt der Funktionen μdi(ti) und ndi(ti) ermittelt wird und/oder als weiterer Flüssigkeitsparameter der pH-Wert nach der Beziehung pH ≈ –Ig(IndI/(6,0021·1023) Gl. 5worin IndI die dominierende Ionenkonzentration dimensionslos und in cm–3 einzusetzen ist und auf t = 0 oder t = Tr bezogen wird und die Größe (6,001·1023) die Avogadro-Konstante ist, bestimmt wird.Method for determining liquid parameters, such as the mobility μ d and the concentration n d of the dominant ion species, the electrical conductivity σ, the transit time T r and the pH, characterized in that at a constant temperature T cj and a constant total voltage U c , the measuring cell voltage U zi detected at a measuring chamber M k with a measuring cell M z with the liquid to be tested S x and at least two parallel spaced d from each other electrode surfaces A 1 and A 2 , which are directly opposite by means known per se and in a defined cycle time t i the measuring current I mi is determined and then the electric field strength E zi after e zi = U zi / d Eq. 1 where U zi is the cell voltage at time t i and d is the distance of the electrode surfaces A 1 and A 2 , and then as a fluid parameter the mobility of the dominant ions μ di according to the relationship μ di = d / (t i · e zi ) Eq. 2 wherein t i is the cycle time of i = 1 to n, is determined and / or as another liquid parameter, the electrical conductivity σ i according to the relationship σ zi = (I Wed. / A m ) / (U zi / d) Eq. 3 where A m is the mean electrode area A m = (A 1 + A 2 ) / 2, e is the elementary charge and I mi is the measurement current at time t i , and / or the liquid ion parameter is the dominant ion concentration n di according to the relationship n di = σ zi / (S · μ di ) Eq. 4 wherein i = 1 to n, is determined and / or as a further liquid parameter, the transit time T r as the intersection of the functions μ di (t i ) and n di (t i ) is determined and / or as another liquid parameter of the pH after the relationship pH ≈-Ig (In d I / (6.0021 x 10 23 ) Eq. 5 where In d I the dominant ion concentration is dimensionless and is to be inserted in cm -3 and is related to t = 0 or t = T r and the magnitude (6.001 x 10 23 ) is the avogadro constant. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrom Im mittels eines in Reihe mit der Messzelle Mz geschalteten digitalen Amperemeters (DA) oder statt dessen mit einem digitalen Strom-Spannungswandler oder eines externen Messwiderstandes Rm und dazu parallelgeschalteten Digitalvoltmeters (DV) oder statt dessen, mit Hilfe eines Oszilloskops oder Schreibers oder Spannungswandlers bestimmt wird, wobei bei Verwendung des externen Messwiderstandes, dessen Größe Rm << Rzi, dem mittleren Innenwiderstand der Messzelle Mz ist.A method according to claim 1, characterized in that the measuring current Im by means of a digital amperemeter connected in series with the measuring cell M z (DA) or instead with a digital current-voltage converter or an external measuring resistor R m and parallel thereto digital voltmeter (DV) or Instead, it is determined with the aid of an oscilloscope or recorder or voltage transformer, wherein when using the external measuring resistor whose size R m << R zi , the average internal resistance of the measuring cell M z . Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Messwiderstand Rm abfallende Spannung Umi mit einem hochohmigen Digitalvoltmeter in der definierten Taktzeit ti gemessen wird und die sich so für ti und Umi, mit i = 1 bis n sich paarweise ergebenden Messwerte erfasst und gespeichert werden und die Zellenspannung Uzi nach der Beziehung Uzi = Uc – Umi Gl. 6ermittelt wird und der Messstrom Imi nach der Beziehung Imi = Umi/Rm Gl. 7worin Rm etwa von 0,1 Ω bis 109 Ω variabel wählbar ist, bestimmt wird.Method according to Claim 2, characterized in that the voltage U mi dropping across the measuring resistor R m is measured with a high-impedance digital voltmeter in the defined cycle time t i and which thus results in pairs for t i and U mi , with i = 1 to n Measurements are recorded and stored and the cell voltage U zi according to the relationship U zi = U c - U Wed. Eq. 6 is determined and the measuring current I mi after the relationship I Wed. = U Wed. / R m Eq. 7 wherein R m is approximately variable from about 0.1 Ω to 10 9 Ω, is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante Spannung Uc periodisch, alternierend, d. h. als +Uc und –Uc gleicher oder unterschiedlicher Dauer Δt mit und ohne Kurzschluss der Messzelle während einer Totzeit (in denen Uc = 0 ist) oder ohne Totzeiten, angelegt wird und durch einen Polwender bereitgestellt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the constant voltage U c periodically, alternately, ie as + U c and -U c same or different duration .DELTA.t with and without shorting the measuring cell during a dead time (in which U c = 0) or without dead times, applied and provided by a pole turner. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung Uc als konstante Wechselspannung mit einer konstanten oder variablen Frequenz angelegt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the voltage U c is applied as a constant alternating voltage with a constant or variable frequency. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich variable Spannungen oder Spannungsimpulse mit der Amplitude ±Uc und beliebigen Impulsformen und Frequenzen angelegt werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that time-variable voltages or voltage pulses with the amplitude ± U c and arbitrary pulse shapes and frequencies are applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Intervalle Δt der Taktzeiten ti konstante oder frei wählbare Werte angewendet werden.Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that constant or freely selectable values are used as the intervals Δt of the cycle times t i . Anordnung zur Bestimmung von Flüssigkeitsparametern nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 bestehend aus – einer Messkammer Mk zur Aufnahme der zu messenden Flüssigkeit Sx, mit einer in der Messkammer Mk angeordneten Messzelle Mz mit mindestens zwei im gleichen Abstand d voneinander angeordneten Elektroden E1 und E2 mit den leitfähigen Flächen A1 und A2 und einem Temperatursensor Ts, – einem mit der Messzelle Mz verbundenen elektrischen Modul, das die Messzelle Mz mit einer elektrischen Spannung Uc versorgt, einen Schalter Sa,e aufweist und Mittel besitzt, um den durch die Messzelle Mz geleiteten elektrischen Strom Im = Iz zu messen, wobei – die Messkammer Mk, die Spannungsquelle Uc, der Schalter Sa,e, der Temperatursensor Ts, die Mittel zur Messung des elektrischen Stromes Im über Schnittstellen mit einer Auswerteeinheit mit einem Computerprogramm und einem Display zur Erfassung und Speicherung aller erfassten Daten sowie zur Berechnung und Anzeige der Parameter der Flüssigkeit verbunden sind.Arrangement for determining fluid parameters by the process according to claims 1 to 7 consisting of: - a measuring chamber M k for receiving the liquid to be measured S x, arranged with a k arranged in the measuring chamber M cell M z of at least two at the same distance d from each other, Electrodes E 1 and E 2 with the conductive surfaces A 1 and A 2 and a temperature sensor T s , - connected to the measuring cell M z electrical module that supplies the measuring cell M z with an electrical voltage U c , a switch S a, e and having means for measuring the conducted through the measuring cell M z electrical current I m = I z , wherein - the measuring chamber M k , the voltage source U c , the switch S a, e , the temperature sensor T s , the means for measuring the electric current Im interfaced with an evaluation unit with a computer program and a display for the acquisition and storage of all acquired data and for calculation and display the parameters of the liquid are connected. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Stromes Im ein empfindliches Amperemeter, ein Messwiderstand Rm, ein zur Feststellung des Spannungsabfalls am Messwiderstand Rm, verbundenes Digitalvoltmeter DV, ein Oszillographen, ein Spannungsstromwandler oder ein Schreiber vorgesehen sind.Arrangement according to claim 8, characterized in that for measuring the current Im a sensitive ammeter, a measuring resistor R m , a for detecting the voltage drop across the measuring resistor R m , connected digital voltmeter DV, an oscilloscope, a voltage current transformer or a recorder are provided. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen A1 und A2 der Elektroden E1 und E2 eben oder gekrümmt und vorzugsweise als Platten gleicher oder unterschiedlicher geometrischer Form, als Halbzylinder oder als Zylinder ausgebildet sind und die Größe der Elektrodenflächen A1 = A2 oder A1 ungleich A2 ist.Arrangement according to claim 8 or 9, characterized in that the surfaces A 1 and A 2 of the electrodes E 1 and E 2 are planar or curved and are preferably formed as plates of the same or different geometric shape, as a half-cylinder or as a cylinder and the size of the electrode surfaces A 1 = A 2 or A 1 is not A 2 . Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bis auf die zueinander positionierten leitfähigen Elektrodenflächen A1 und A2 alle anderen Flächen der Elektroden E1 und E2 isoliert ausgebildet sind.Arrangement according to one of claims 8 to 10, characterized in that all but the mutually positioned conductive electrode surfaces A 1 and A 2 all other surfaces of the electrodes E 1 and E 2 are formed insulated. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer Mk direkt oder indirekt beheiz- oder kühlbar ist.Arrangement according to one of claims 8 to 11, characterized in that the measuring chamber M k can be heated or cooled directly or indirectly. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul mit einer Software zur Berechnung, Speicherung und Anzeige der Flüssigkeitsparameter ausgestattet ist.Arrangement according to one of claims 8 to 12, characterized in that the electronic module with a Software for calculation, storage and display of fluid parameters Is provided. Verwendung der Anordnung gemäß den Ansprüchen 8 bis 13 zur Bestimmung, Kontrolle und Überwachung der Parameter von Flüssigkeiten, vorzugsweise in Verbrennungs- oder Elektromotoren und/oder in technologischen Prozessen und/oder in Hydraulikanlagen und/oder in der Medizintechnik und/oder in Windkraftanlagen und/oder in Versorgungsleitungen und/oder in der Labor- und Feldmesstechnik.Use of the arrangement according to the Claims 8 to 13 for the purpose of determination, control and monitoring the parameter of liquids, preferably in incineration or electric motors and / or in technological processes and / or in hydraulic systems and / or in medical technology and / or in wind turbines and / or in supply lines and / or in laboratory and field measurement technology. Verwendung der Anordnung gemäß den Ansprüchen 8 bis 13 zur Kontrolle und Überwachung der Parameter von Flüssigkeiten als Tauchmesszelle, Tauchsonde, Messzelle mit einem definierten Volumen, als Durchflussmesszelle oder Durchflusssonde.Use of the arrangement according to the Claims 8 to 13 for control and monitoring the parameter of liquids as immersion measuring cell, immersion probe, Measuring cell with a defined volume, as a flow measuring cell or flow probe.
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