DE1281567B - Einrichtung zum Messen der elektrischen Leitfaehigkeit - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtun zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer sic in einer Leitung aus elektrischem Isolierstoff befinc lichen Flüssigkeit nach der Induktionsmethode m zwei je einen Ringkern aus weichmagnetischem Sto sowie je einen Primär- und einen Sekundärpfad au weisenden Induktionsanordnungen, von denen di primäre zum Erregen der Einrichtung durch eine Wechselstromgenerator und die sekundäre zum Be aufschlagen eines die Leitfähigkeit anzeigenden Spar nungsmessers dient, und mit einem die Leitfähigke enthaltenden Zwischenkreis, der aus dem Sekundär pfad der primären und dem Primärpfad der sekur dären Induktionsanordnung besteht.
• Es gibt zwei Arten von Systemen, bei denen zu Leitfähigkeitsmessung von Flüssigkeiten ein Paa Ringspulen angewandt ist, nämlich den Immersion typ und den Durchflußtyp. Bei Systemen des Immer sionstyps ist ein Paar isolierter Ringspulen in di Flüssigkeit eingetaucht, deren Leitfähigkeit gemesse werden soll. An die eine Spule, die allgemein als de Eingangstoroid bezeichnet wird, wird ein Wechsel strom angelegt; dadurch bildet sich in der Flüssigke: ein Wechselstrom aus. Die Flüssigkeit hat die Funk tion der Sekundärwicklung eines Transformators, al dessen Primärwicklung der Eingangstoroid dient. Di allgemein als Ausgangstoroid bezeichnete zweit Ringspule hat die Funktion der Sekundärwicklun eines sekundären Transformators, als dessen Ein gangswicklung die Prohefiüssigkeit dient. Der in de Flüssigkeit durch den Eingangstoroid erzeugte Wech selstrom induziert im Ausgangstoroid eine elektrc motorische Kraft, die eine Funktion der Leitfähigke: der Flüssigkeit ist.
• Beim Durchflußtyp des toroidalen Leitfähigkeits systems hat die Leitung bzw. das Leitungsrohr de Flüssigkeit die Form einer geschlossenen Schleife bei der die Eingangs- und Ausgangstoroide eine Abschnitt der Schleife umgeben. Die Flüssigkeit der geschlossenen Leitungsschleife übernimmt als dieselbe Funktion wie die Flüssigkeit bei eine torodialen Leitfähigkeitssystem des Immersionstyp In manchen Fällen ist die Strömungsmittelleitung be einem Leitfähigkeitssystem des Durchflußtyps gerad linig, wobei die Eingangs- und Ausgangstoroide di Leitung umgeben und ein äußerer Proben-Schleifer draht mit der Leitung an entgegengesetzten Seite der beiden Toroide verbunden ist, so daß sie mit de Flüssigkeit in der Leitung in Kontakt kommen un damit die Flüssigkeitsschleife schließen. Obwohl sic die Systeme zum Messen der Leitfähigkeit des lir mersions- und des Durchfiußtyps zum Messen vo Flüssigkeiten hoher Leitfähigkeit eignen, haben sie doch den Nachteil, daß sie manchmal elektrische Störsignale produzieren, die durch vom Eingangstoroid erzeugte Streufelder verursacht werden, und daß sie auch nicht eine solche ausreichende Empfindlichkeit bei der Leitfähigkeitsmessung von Flüssigkeiten mit niedriger Leitfähigkeit besitzen, wie es bei Wasser hoher Reinheit erforderlich ist.
• Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Einrichtung des Toroidtyps zur Leitfähigkeitsmessung, die eine höhere Empfindlichkeit als die gegenwärtig erhältlichen Leitfähigkeits-Meßsysteme hat und daher zur Messung von hochreinem Wasser u. dgl. geeignet ist.
• Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur Leitfähigkeitsmessung von Flüssigkeiten, das ein Paar von Ringspulen aufweist, bei dem die Erzeugung von elektrischen Störsignalen durch Streufelder vom Eingangstoroid verhütet wird.
• Ausgehend von der eingangs näher bezeichneten Einrichtung kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß im Sinne einer Erhöhung der erregenden E.M.K. des die Leitung nicht umschließenden Ringkernes der sekundären Induktionsanordnung deren Primärpfad aus einer mehrere, vorzugsweise viele Windungen aufweisenden Spulenwicklung besteht, deren Enden an zwei beiderseits der Einschließungsstelle der Leitung durch den Kern der primären Induktionsanordnung liegenden Stellen in leitender Verbindung mit der Flüssigkeit stehen.
• Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, an dem die Aufgaben und Vorteile der Erfindung noch deutlicher werden.
• Wendet man sich der Zeichnung im einzelnen zu, dann erkennt man eine Leitung 10, die aus nicht leitfähigem und unmagnetischem Material, wie Glas oder Polyäthylen, besteht und durch die die Probeflüssigkeit, deren Leitfähigkeit gemessen werden soll, geleitet wird. Ein Ringkern 12 umgibt die Leitung 10, und auf ihn ist eine Ringspulel4 aufgebracht, die mit einer Wechselstromquellel6 verbunden ist. Die Spule 14 und der Ringkern 12 bilden die primäre Induktionsanordnung.
• Ein zweiter Ringkern 18 ist seitlich von der Leitungl0 angeordnet, anstatt sie zu umgeben, wie es beim Kern 12 der Fall ist. Eine zweite Ringspule 20 ist auf den Kern 18 aufgebracht und bildet mit diesem die sekundäre Induktionsanordnung der Einrichtung. Die Spule20 ist über einen Verstärker 22 mit einem Meßgerät24 zur Anzeige der elektromotorischen Kraft verbunden, die in der Spule20 in einer im folgenden noch beschriebenen Weise induziert wird.
• Ein durch eine äußere Proben-Drahtschleife gebildeter Primärpfad26 tritt durch die Öffnung des Kerns 18 hindurch und ist an seinen Enden mit Metallstäben28 und 30 verbunden; diese sind in der Leitung 10 eingebettet, wie es bei 32 in der Zeichnung dargestellt ist; dort ist ein Abschnitt der Leitung 10 weggebrochen, um deutlich zu machen, daß die Stäbe28 so angeordnet sind, daß sie die Flüssigkeit in der LeitunglO berühren. Es versteht sich, daß die Metallstäbe28 und 30 lediglich metallische Kontakte für die Flüssigkeit sind und nicht als Elektroden beim Messen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit wirken.
• Die oben beschriebene Einrichtung kann als ein Transformator- oder Induktionsanordnungspaar aufgefaßt werden. Die Eingangsringspulel4 ist die Primärwicklung des ersten Transformators, der einen Kern 12 besitzt, während die Leitung 10 zusammen mit der äußeren Proben-Drahtschleife26 die Sekundärwicklung des ersten Transformators und ebenso die Primärwicklung des zweiten Transformators bildet, dessen Sekundärwicklung die Ausgangsringspule 20 ist. Wenn beim Betrieb der Einrichtung eine Wechselspannung an die Eingangsringspule 14 angelegt wird, wird ein Wechselstrom bzw. ein magnetisches Wechselfeld in der durch die Leitung 10 gelangenden Flüssigkeit erzeugt. Dieser Wechselstrom bzw. dieses Feld induziert ein Wechselfeld im Kern 18; dadurch wird eine elektromotorische Kraft in der Spule20 erzeugt, die proportional zur Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist. Diese elektromotorische Kraft wird durch den Verstärker 22 verstärkt und am Meßgerät 24 angezeigt.
• Vorzugsweise werden der Kern 18 und die Spule 20 genügend weit fern von der Leitung 10 und der darin befindlichen Flüssigkeit in einer solchen Weise angeordnet, daß sie sich außerhalb des Magnetfeldes befinden, das durch die Eingangsringspule 14 auf dem Kern 12 erzeugt wird. Durch diese Anordnung werden die Störspannungen, die normalerweise durch die durch den Eingangstoroid oder die Eingangsverdrahtung erzeugten Streufelder erzeugt werden, eliminiert, ohne daß eine Abschirmung erforderlich ist; dies ist bei den konventionellen Toroidal-Leitfähigkeitsmeßeinrichtungen mit Durchfluß nicht möglich, bei denen der Eingangs- und der Ausgangstoroid nahe beieinander mit koaxialer Zuordnung um die die Probe tragende Leitung angeordnet sind. Die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung gemäß der Erfindung kann durch Erhöhung der Schleifen- bzw.
• Windungszahl des Drahtes 26 vergrößert werden, der um den Kern 18 gewickelt ist. Eine gemäß der Erfindung konstruierte Meßeinrichtung, bei der eine Vielzahl von Windungen des Proben-Schleifendrahtees 26 um den Kernl8 vorgesehen war, hatte eine Empfindlichkeit über eine volle Skala von 30 Mikro-Siemens; das ist eine etwa 30- bis 100mal größere Empfindlichkeit, als mit konventionellen Leitfähigkeitsmeßeinrichtungen des Toroidtyps erreicht werden kann.
• Wenn auch die dargestellte Meßeinrichtung kontinuierlich arbeitet, d. h., die Probeflüssigkeit durch die LeitunglO fließt, versteht es sich doch, daß die Meßeinrichtung nach der Erfindung auch zur Reihenanalyse anwendbar ist; dann ist es lediglich erforderlich, die Leitung 10 vertikal anzuordnen und mit einer Einrichtung zum Verschließen ihres unteren Endes zu versehen.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit einer sich in einer Leitung aus elektrischem Isolierstoff befindlichen Flüssigkeit nach der Induktionsmethode mit zwei je einen Ringkern aus weichmagnetischem Stoff sowie je einen Primär- und einen Sekundärpfad aufweisenden Induktionsanordnungen, von denen die primäre zum Erregen der Einrichtung durch einen Wechselstromgenerator und die sekundäre zum Beaufschlagen eines die Leitfähigkeit anzeigenden Spannungsmessers dient, und mit einem die Leitungsflüssigkeit enthaltenden Zwischenkreis, der aus dem Sekundärpfad der primären und dem Primärpfad der sekundären Induktionsanordnung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß im Sinne einer Erhöhung der erregenden E.M.K. des die Leitung (10) nicht umschließenden Ringkernes (18) der sekundären Induktionsanordnung (18, 20) deren Primärpfad (26) aus einer mehrere, vorzugsweise viele Windungen aufweisenden Spulenwicklung besteht, deren Enden an zwei beiderseits der Einschließungsstelle der Leitung (10) durch den Kern (27) der primären Induktionsanordnung (12, 14) liegenden Stellen (28, 30) in leitender Verbindung mit der Flüssigkeit stehen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsanordnung (12, 14 ; 18, 20) in solcher Lage zueinander angeordnet sind, daß eine gegenseitige Beeinflussung durch magnetische Streufelder möglichst vermieden ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 542 057, 2 625 588, 2 709 785, 3 015 064, 3 054 946, 3151293.