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Die Erfindung betrifft ein Leitfähigkeitsmessgerät und ein Leitfähigkeitsmesssystem.
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In der Analysemesstechnik, insbesondere im Bereich der Wasserwirtschaft, der Umweltanalytik, im industriellen Bereich, z.B. in der Lebensmitteltechnik, der Biotechnologie und der Pharmazie, sowie für verschiedenste Laboranwendungen sind Messgrößen wie der pH-Wert, die Leitfähigkeit, oder auch die Konzentration von Analyten, wie beispielsweise Ionen oder gelösten Gasen in einem gasförmigen oder flüssigen Messmedium von großer Bedeutung. Die Leitfähigkeit eines Mediums kann beispielsweise mittels induktiven Leitfähigkeitsmessgeräten ermittelt werden. Induktive Leitfähigkeitsmessgeräte existieren in verschiedenen Ausführungsformen. Sehr häufig werden ins Messmedium ragende induktive Leitfähigkeitsmessgeräte mit einem Toroid-Spulen-Aufbau verwendet.
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Ein Nachteil dieser induktiven Leitfähigkeitsmessgeräte ist, dass die Strömung des Messmediums durch das Messgerät beeinflusst wird und sich im Messmedium befindende Kleinteile unter Umständen den Toroid-Spulen-Aufbau verstopfen.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein induktives Leitfähigkeitsmessgerät bereitzustellen, welches die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Leitfähigkeitsmessgerät gemäß Anspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Leitfähigkeitsmessgerät, umfasst einen ersten Magnetkern mit einem ersten Innenkern und einem ersten Außenkern, sowie eine erste Spule mit mindestens einer Wicklung.
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Der erste Innenkern und/oder der erste Außenkern besteht aus einem Material, welches eine vorbestimmte Elastizität aufweist, so dass der erste Innenkern und/oder der erste Außenkern dazu geeignet ist, sich unter Krafteinwirkung zu verformen. Die erste Spule umgibt den ersten Innenkern und ist vom ersten Außenkern umgeben.
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Anhand des erfindungsgemäßen Leitfähigkeitsmessgerät wird ermöglicht, dass die Leitfähigkeit eines Mediums in einem Messbehälter ohne Strömungseinflüsse ermittelt werden kann. Des Weiteren erlaubt das erfindungsgemäße Leitfähigkeitsmessgerät, eine Magnetfeldkonzentration bei konvexen Messbehälterwänden, was zu einer hohen Empfindlichkeit des Leitfähigkeitsmessgerät führt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Leitfähigkeitsmessgerät ein Gehäuse auf, welches den ersten Magnetkern und die erste Spule umschließt.
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Das Gehäuse umfasst ein Material, welches eine Elastizität aufweist, so dass das Gehäuse dazu geeignet ist, sich unter Krafteinwirkung zu verformen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Elastizität des Materials des ersten Innenkerns und/oder des ersten Außenkerns derart gewählt, dass der erste Magnetkern dazu geeignet ist, sich formschlüssig an einen zylindrischen oder sphärischen Abschnitt eines Messbehälters anzulegen. Der Messbehälter weist am Abschnitt vorzugsweise einen Radius größer als 1 cm auf. Vorzugsweise ist der erste Innenkern und/oder der erste Außenkern aus mindestens einer Ferritfolie ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Leitfähigkeitsmessgerät mindestens einen zweiten Magnetkern mit einem zweiten Innenkern und einem zweiten Außenkern sowie mindestens eine zweite Spule mit mindestens einer Wicklung auf. Der zweite Innenkern und/oder der zweite Außenkern besteht aus einem Material, welches eine vorbestimmte Elastizität aufweist, so dass der zweite Innenkern und/oder der zweite Außenkern dazu geeignet ist, sich unter Krafteinwirkung zu verformen. Die zweite Spule umgibt den zweiten Innenkern und ist vom zweiten Außenkern umgeben. Die erste Spule und der erste Magnetkern sind dazu geeignet, ein erstes Magnetfeld auszubilden, welches ein erstes Volumen durchdringt. Die zweite Spule und der zweite Magnetkern sind dazu geeignet, ein zweites Magnetfeld auszubilden, welches ein zweites Volumen durchdringt. Die erste Spule, der erste Magnetkern, die zweite Spule und der zweite Magnetkern sind so angeordnet, dass das erste Volumen vom zweiten Volumen verschieden ist. Beispielsweise überlappen sich die erste Spule und die zweite Spule.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse kreisförmig und weist einen umlaufenden Außenbereich auf. Der Außenbereich ist dazu geeignet, mit einer Messbehälteröffnung verbunden zu werden, beispielsweise mit einer Varivent-Messbehälteröffnung oder einer Triclamp-Messbehälteröffnung oder einer Milchrohr-Messbehälteröffnung verbunden zu werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Magnetkern und der zweite Magnetkern jeweils als Schalenkern ausgestaltet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Spule dazu geeignet, als Erregerspule verwendet zu werden und die zweite Spule ist dazu geeignet, als Empfängerspule verwendet zu werden. Die erste Spule ist dazu geeignet, das zweite Magnetfeld der zweiten Spule auszuwerten. Alternativ dazu ist die zweite Spule dazu geeignet, als Erregerspule verwendet zu werden und die erste Spule ist dazu geeignet, als Empfängerspule verwendet zu werden. In diesem Fall ist die zweite Spule dazu geeignet, das erste Magnetfeld der ersten Spule auszuwerten.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Leitfähigkeitsmesssystem gemäß Anspruch 8.
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Das erfindungsgemäße Leitfähigkeitsmesssystem umfasst ein Leitfähigkeitsmessgerät und einen Messbehälter mit einer Messbehälterwand. Die Messbehälterwand weist einen ersten Wandbereich auf. Der erste Wandbereich ist transparent für elektromagnetische Wellen. Das Leitfähigkeitsmessgerät ist formschlüssig am ersten Wandbereich angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Messbehälterwand einen vom ersten Wandbereich verschiedenen zweiten Wandbereich auf. Der zweite Wandbereich ist transparent für elektromagnetische Wellen. Das Leitfähigkeitsmessgerät weist mindestens einen zweiten Magnetkern mit einem zweiten Innenkern und einem zweiten Außenkern sowie mindestens eine zweite Spule mit mindestens einer Wicklung auf. Der zweite Innenkern und/oder der zweite Außenkern besteht aus einem Material, welches eine vorbestimmte Elastizität aufweist, so dass der zweite Innenkern und/oder der zweite Außenkern dazu geeignet ist, sich unter Krafteinwirkung zu verformen. Die zweite Spule umgibt den zweiten Innenkern und ist vom zweiten Außenkern umgeben. Die erste Spule und der erste Magnetkern sind dazu geeignet, ein erstes Magnetfeld auszubilden, welches ein erstes Volumen durchdringt. Die zweite Spule und der zweite Magnetkern sind dazu geeignet, ein zweites Magnetfeld auszubilden, welches ein zweites Volumen durchdringt. Die erste Spule und der erste Magnetkern sind am ersten Wandbereich angeordnet. Die zweite Spule und der zweite Magnetkern sind am zweiten Wandbereich angeordnet, so dass das Volumen des ersten Magnetfelds den ersten Wandbereich durchdringt und das zweite Volumen des zweiten Magnetfelds den zweiten Wandbereich durchdringt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegen sich der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich gegenüber.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- - 1: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Leitfäh igkeitsm essgeräts;
- - 2: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Leitfähigkeitsmessgeräts aus 1;
- - 3: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Leitfähigkeitsmesssystems;
- - 4: eine schematische Ansicht eines Leitfähigkeitsmesssystem; und
- - 5: eine schematische Ansicht eines Messbehälters.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leitfähigkeitsmessgerät 10. Das Leitfähigkeitsmessgerät 10 weist einen ersten Magnetkern 11 mit einem ersten Innenkern 12 und einem ersten Außenkern 13 sowie eine erste Spule 14 mit mindestens einer Wicklung auf. Die erste Spule 14 umgibt den ersten Innenkern 12 und ist vom ersten Außenkern 13 umgeben.
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Die erste Spule 14 ist dazu geeignet, von einem elektrischen Strom durchflossen zu werden, um ein Magnetfeld auszubilden. Das von der ersten Spule 14 und dem ersten Magnetkern 11 ausgebildete erste Magnetfeld M1 ist durch Magnetfeldlinien in 1 dargestellt. Das erste Magnetfeld M1 durchdringt mindestens ein erstes Volumen V1, welches in 1 gestrichelt dargestellt ist.
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Die erste Spule 14 ist zum Beispiel eine Flachspule, d.h. mehrere Wicklungen sind in einer Ebene spiralförmig angeordnet. Alternativ ist die erste Spule 14 mit mehreren Windungen, welche nebeneinander und/oder übereinander entlang einer Achse gewickelt sind.
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Der erste Innenkern 12 und/oder der erste Außenkern 13 besteht aus einem Material, welches eine vorbestimmte Elastizität aufweist, so dass der erste Innenkern 12 und/oder der erste Außenkern 13 dazu geeignet ist, sich unter Krafteinwirkung zu verformen.
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Der erste Innenkern 12 und/oder der erste Außenkern 13 ist dazu geeignet, an eine gebogene Messbehälterwand gedrückt zu werden und sich an diese Messbehälterwand, dank der Elastizität des ersten Innenkerns 12 und/oder des ersten Außenkerns 13, zu verformen. Die Elastizität des Materials des ersten Innenkerns 12 und/oder des ersten Außenkerns 13 ist derart gewählt, dass der erste Magnetkern 11 dazu geeignet ist, sich formschlüssig an einen zylindrischen oder sphärischen Abschnitt eines Messbehälters anzulegen. In diesem Fall weist der Messbehälter am Abschnitt vorzugsweise einen Radius zwischen 1 cm und 10m auf.
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In einer Ausführungsform ist der Innenkern 12 und/oder der erste Außenkern 13 aus biegsamem Eisenblech oder Ferritfolie.
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In einer Ausführungsform ist der erste Magnetkern 11 als Schalenkern ausgestaltet. Hierbei bildet der erste Innenkern 12 den zylinderförmigen Innenteil des Schalenkerns und der erste Außenkern 13 bildet den tellerförmigen Außenteil des Schalenkerns.
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Die in 1 dargestellte Ausführungsform weißt ein Gehäuse 15 auf. Das Gehäuse 15 umschließt den ersten Magnetkern 11 und die erste Spule 14. Das Gehäuse 15 weist mindestens eine Elastizität wie der erste Magnetkern 11 auf. Zum Beispiel ist das Gehäuse 15 aus flexiblem Kunststoff oder Gummi, wodurch eine Biegsamkeit des Gehäuses erreicht wird.
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2 zeigt eine Ausführungsform des Leitfähigkeitsmessgerätes 10 bei welchem das Gehäuse 15 kreisförmig bzw. scheibenförmig ist und einen umlaufenden Außenbereich 16 aufweist. Der Außenbereich 16 dazu geeignet ist, mit einer Messbehälteröffnung verbunden zu werden. Beispielsweise weist der Außenbereich 16 ein Außengewinde auf. Der Außenbereich 16 hat zum Beispiel eine Nut, um ein Dichtring zu empfangen. Beispielsweise ist das Gehäuse 15 dazu geeignet, mit einer Varivent-Messbehälteröffnung oder einer Triclamp-Messbehälteröffnung oder einer Milchrohr-Messbehälteröffnung verbunden zu werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Integration des Leitfähigkeitsmessgerätes 10 in einer Wand, bzw. Deckel eines mediumsführenden Messbehälters.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform weist das Gehäuse 15 eine Tassenform auf und umfasst ein am Tassenrand angeordnetes Innengewinde. Durch das Innengewinde eignet sich das Gehäuse 15 zum Aufschrauben auf einen Behälter mit einem dem Innengewinde des Gehäuses 15 entsprechenden Außengewinde.
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3 und 4 zeigen schematisch dargestellte Ausführungsformen des Leitfähigkeitsmessgerätes 10 mit der ersten Spule 14, einer zweiten Spule 24, einer dritten Spule 34, einer vierten Spule 44 und einer fünften Spule 54.
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In einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform unterscheiden sich einzelne Spulen durch verschiedene Größen, z.B. verschiedene Innendurchmesser, voneinander.
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In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) weist das Leitfähigkeitsmessgerätes 10 mindestens zwei Spulen, die erste Spule 14 und die zweite Spule 24 auf.
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Das in den 3 und 4 dargestellte Leitfähigkeitsmessgerät 10 weist des Weiteren einen ersten Magnetkern 11, einen zweiten Magnetkern 21, einen dritten Magnetkern 31, einen vierten Magnetkern 41 und einen fünften Magnetkern 51 auf. Die Spulen und Magnetkerne sind vorzugsweise allesamt identisch aufgebaut. In den Figuren sind deswegen gleiche Elemente durch Bezugszeichen mit derselben Einerstelle und mit der jeweiligen spulenspezifischen bzw. magnetkernspezifischen Zehnerstelle erkennbar. Jede der Spulen ist dazu geeignet, zusammen mit dem entsprechenden Magnetkern ein dazugehöriges Magnetfeld M1, M2, M3, M4, M5 auszubilden. Jedes Magnetfeld M1, M2, M3, M4, M5 durchdringt ein entsprechendes Volumen V1, V2, V3, V4, V5.
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Wie in den 3 und 4 ersichtlich ist, sind die Spulen 14, 24, 34, 44, 54 und die Magnetkerne 11, 21, 31, 41, 51 so angeordnet, dass die Volumina V1, V2, V3, V4, V5 voneinander zumindest teilweise verschieden sind (durch gestrichelte Linien in 3 angedeutet).
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Beispielsweise überlappen sich die Spulen und Magnetkerne teilweise, so dass sich auch die jeweiligen Volumina überlappen (siehe 3).
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Die Spulen 14, 24, 34, 44, 54 sind dazu geeignet, als Erregerspule bzw. Empfängerspule verwendet zu werden. In diesem Fall wird z.B. die in 4 gezeigte in der Mitte angeordnete dritte Spule 34 als Erregerspule beschaltet und die um die dritte Spule 34 angeordnete Spulen 14, 24, 44, 54 werden als Empfängerspulen beschalten.
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Alternativ können auch andere Spulen als Erregerspule verwendet werden.
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Ebenso ist es möglich, die Beschaltung zwischen Erregerspule(n) und Empfängerspule(n) in einem zeitlichen Versatz zu betreiben, so dass sich die von den Spulen ausgebildeten Magnetfelder nicht beeinflussen.
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Alternativ ist es möglich, alle Spulen mit zeitlichem Versatz als zuerst Erregerspule(n) und dann als Empfängerspule(n) zu betreiben.
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4 zeigt, dass das Leitfähigkeitsmessgerät 10 auf einer Messbehälterwand 3 eines Messbehälters 2 angeordnet ist. Der Messbehälter 2 ist horizontal montiert. Ein Fluid fließt durch den Messbehälter 2 und weist zwei verschiedene Medien mit unterschiedlichen Dichten auf. In dem unteren Bereich des Messbehälters 2 fließt das erste Medium Di mit einer hohen Dichte. In dem mittleren und oberen Bereich des Messbehälters 2 fließt das zweite Medium Dii mit einer geringeren Dichte als das erste Medium. Dank dem Leitfähigkeitssystem kann in beiden Medien die Leitfähigkeit gemessen werden.
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Die Anordnung von Leitfähigkeitsmessgerät 10 und Messbehälter 2 wird in diesem Kontext Leitfähigkeitsmesssystem 1 genannt. Die Messbehälterwand 3 des Messbehälters 2 weist einen ersten Wandbereich 4 auf, welcher transparent für elektromagnetische Wellen ist. Das Leitfähigkeitsmessgerät 10 ist formschlüssig am ersten Wandbereich 4 angeordnet. Das Leitfähigkeitsmessgerät 10 ist derart an dem Messbehälter 2 angeordnet, dass die von den Spulen und Magnetkernen gebildete Magnetfelder durch den erste Wandbereich in den Messbehälter 2 dringen.
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In dem in 5 Messbehälter 2 weist die Messbehälterwand 3 einen zweiten Wandbereich 5 auf, welcher transparent für elektromagnetische Wellen ist. Der zweiten Wandbereich 5 ist z.B. gegenüber des ersten Wandbereichs 4 angeordnet. Selbstverständlich kann ein Messbehälter 2 beliebig viele für elektromagnetische Wellen transparente Wandbereiche aufweisen. In diesem Fall können einzelne Spulen und zugehörige Magnetkerne an einem entsprechenden für elektromagnetische Wellen transparenten Wandbereich angeordnet sein. Alternativ ist der Messbehälter 2 gesamtheitlich aus einem für elektromagnetische Wellen transparenten Material gefertigt.
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Der Messbehälter 2 ist z.B. ein Rohr, welches sich entlang einer ersten Achse X erstreckt. In diesem Fall sind der erste Wandbereich 4 und der zweite Wandbereich 5 derart angeordnet, dass diese von einer zur ersten Achse X rechtwinklig angeordneten zweiten Achse Y durchlaufen werden.
