DE1623034A1

DE1623034A1 - Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der elektrischen Leitfaehigkeit von Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1623034A1
Application number: DE19661623034
Authority: DE
Inventors: Aart Bijl
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1965-03-01
Filing date: 1966-02-28
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE1623034C3; NL6502551A; DE1623034B2; GB1080444A; JPS4514777Y1; NL149909B

Description

⁸ MÜNOHBBT 9

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Beschreibun

zu der Patentanmeldung

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ ΙΓ.Υ. ,

Haag, Fiederlande

betreffend

"Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit von !Flüssigkeiten. ™

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, die einen sehr hohen spezifischen Widerstand haben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist von besonderer Bedeutung für die Ermittlung der Leitfähigkeit organischer flüssigkeiten, z.B. von Kohlenwasserstoffen und insbesondere von.solchen Kohlenwasserstoffen, denen andere Stoffe beigefügt worden sind, aurch welche die elektrische Leitfähigkeit erhöht wird. Der spezifische ₍/iderstand solcher Flüssigkeiten liegt gewöhnlich zwischen etwa 10¹⁰ und 10¹⁵ Ohm.cm. Wie schon erwähnt, sieht die Erfindung auch eine Einrichtung zum Durchführen des ■erfindungsgemäßen Verfahrens vor. .

Es ist sehr erwünscht, eine transportable Einrichtung zur Verfügung zu haben, die in der Praxis an jedem gewünschten Ort benutzt v/erden kann, so daß es möglich ist, an Ort und stelle die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten zu bestimmen, die in behältern oder auf andere Weise gelagert werden, Dies ist

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z.B. bei der Vorbereitung und dem Transport von mit Hilfe vom Pumpen zu fördernden Flüssigkeiten von Bedeutung, bei denen eine elektrostatische Aufladung eintreten kann, so daß die Gefahr einer Entzündung durch Funkenbildung besteht. Zu derartigen Flüssigkeiten gehört z.B. der Kraftstoff, der für Strahltriebwerke von Flugzeugen bestimmt ist.

Eine Einrichtung mit einer Meßzelle, einer Gleichspannungsquelle und einem elektrischen Meßgerät, die zu dem genannten fe . Zweck verwendet werden kann, ist z.B. in dem niederländischen Patent 100 764 beschrieben. Bei diesem Gerät ist es möglich, die Meßzelle mit der zu untersuchenden Flüssigkeit durch Eintauchen der "eile zu füllen. Die Gleichspannungsquelle ist mit der Jiießzelle in Reihe geschaltet. Der entstehende Strom, der sehr schwach ist, wird dem Meßgerät über ein Kabel zugeführt. Dieses Meßgerät enthält einen Gleichstromverstärker mit einem sehr hohen Eingangswiderstand, der mit einem Speicherelement versehen ist, das dazu dient, die Auswanderung des Verstärkers zu kompensieren. Bei diesem ^erät ist es erforderlich, die Auswanderungskorrekturspannung unmittelbar vor jeder Messung zu bestimmen, so daß bei jeder Messung ein zusätzlicher elektrischer Vorgang durchgeführt werden muß.

Die Erfindung sieht nunmehr Verfahren und Mittel vor, die es ermöglichen, diesen Nachteil zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird ein Meßgerät benutzt, bei dem ein oder mehrere Elemente vorgesehen sind, deren Widerstand sich nach der Gleichspannung richtet, wobei diese Gleichspannung durch die elektrische Leitfähigkeit der zu untersuchenden

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Flüssigkeit "bestimmt wird; das Element bzw. die Elemente liegen außerdem in einem Wechselstromkreis, dem eine Wechselspannung entnommen werden kann, die ein Maß für die elektrische leitfähigkeit der Flüssigkeit ist; diese Wechselspannung wird dem Eingang eines Verstärkers für die Wechselspannung zugeführt, und die Ausgangsspannung dieses Verstärkers wird benutzt, um die elektrische Leitfähigkeit der untersuchten Flüssigkeit zu ermitteln und/oder zu registrieren.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird somit kein M direkt gekoppelter Gleichstromverstärker mit sehr hohem Eingangswiderstand verwendete Die von der elektrischen Leitfähigkeit abhängige Gleichspannung wird zuerst in eine entsprechende Wechselspannung verwandelt, die dann dem Eingang eines Wechsel— spannungsverstärkers zugeführt wird. Dieser Verstärker für die Wechselspannung zeigt keine Auswanderung, so daß sich besondere Maßnahmen zur Korrektur einer solchen Auswanderung erübrigen.

Eine eri'indungs^emäße Einrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens umfaßt ein Ließgerät, das einen schwingenden Verstär-' | ker mit einer Brückenschaltung enthält; mindestens ein Zweig dieser Brückenschaltung umfaßt ein oder mehrere Elemente, deren Widerstand sich nach aer Gleichspannung richtet; die klemmen der Brückenschaltung werden mit einer Wechselspannung gespeist, die aus der durch den Verstärker erzeugten vYechselspannung abgeleitet wird; die Zweige der -örückenschaltung bilden Seile einer iteihenschaltung mit der Meßzelle und der Gleichspannungsquelle, während die Punkte der -örückenschaltung, an welche die resultierende Brückenwechselspannung angelegt wird,

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mit dem Eingang des ^verstärkers verbunden sind, wobei die Ausgangswechselspannung des Verstärkers ein Maß für die Leitfähigkeit der zu untersuchenden Flüssigkeit ist.

Ein Element, dessen Widerstand sich nach der Gleichspannung richtet, kann durch eine Diode gebildet werden, deren Sperrschicht eine.große kapazität und einen hohen Widerstand aufweist. Die Dicke der Sperrschicht hängt von der Gleichspannung ab, auf die Änderungen der kapazität zurückzuführen sind. J3ei fe einer Siliziumdiode kann die kapazität von 1000 auf 400 pF zurückgehen, wenn sich die angelegte Gleichspannung um 4 "V erniedrigt.

Die durch den Verstärker erzeugte Frequenz kann willkürlich gewählt werden. Sie kann z.B. etwa 30 kHz betragen.

Ein wichtiger Vorteil läßt sich erzielen, wenn der elektronische 'ieil der Meßanordnung transistorisiert wird, so daß es möglich ist, diesen "J-¹ eil vollständig oder im wesentlichen

vollständig in einem Hohlraum der Meßzelle unterzubringen. W-

Ein weiterer erheblicher lachteil der erwähnten bekannten

Einrichtung besteht darin, daß zwischen der Meßzelle und dem Meßgerät ein Kabel vorgesehen werden muß. Dieses kabel kann eine Länge von vielen Metern haben, z.B. dann, wenn Messungen in Lagerbehältern durchgeführt werden müssen, wobei es erforderlich ist, die in den meisten Fällen als Eintauchzelle ausgebildete Meßzelle im Inneren des .Behälters nerabzulassen, während sich das Meßgerät außerhalb des -Behälters in Bodenhöhe befindet. Die Isolation des Kabels muß sehr hohen Anforderungen

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genügen, denn der zu messende Widerstand der Flüssigkeit 'ist sehr hoch. i\iur auf besondere Weise hergestellte Doppelkoaktialkabel entsprechen diesen Isolationserfordernissen, doch werden solche Kabel sehr leicht beschädigt. Außerdem werden sie bei niedrigen Temperaturen steif. Der elektronische Teil der erfin— dungsgemäßen Einrichtung kann leicht transistorisiert werden* was bei der Schaltung des erwähnten bekannten ^eräts nicht möglich ist. Wenn man diesen elektronischen Teil vollständig oder im wesentlichen vollständig in einem Hohlraum der Meßzelle unterbringt, besteht Gewähr dafür, daß man dem Anzeige- oder Registriergerät ein verstärktes Signal zuführen kann, so daß das zu diesem Zwedk benötigte Kabel einen Bestandteil einer Schaltung mit geringem Widerstand bildet; daher kann man sehr robuste Kabel verwenden, die mit normalen Isoliermaterialien versehen sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens·

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstabe im,Längsschnitt die der elektronischen Einrichtung zugeordnete Meßzelle.

In Fig. 1 erkennt man bei 1 einen Verstärker für eine Wechselspannung. Die insgesamt mit 2 bezeichnete Brückenschaltung entnält in einem Zweig zwei Dioden 3 und 4» deren Kapazität sich unter anderem nach der angelegten Gleichspannung richtet. Der andere xsrückenzweig enthält zwei Widerstände 5 und 6« An die Klemmen 7 und 8 üind lie üinden einer vYicklung 9 eines Kopp" lungs-

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elements 10 angeschlossen. Mit Hilfe dieser Verbindung kann der "Verstärker veranlaßt werden, zu schwingen, wobei die erzeugte Frequenz sich nach den elektrischen Y/erten der verwendeten . Schaltungselemente oder teilweise nach denjenigen gegebenenfalls vorgesehener weiterer Elemente richtet. Wenn zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers keine andere Kopplung einer Wechselspannung vorgesehen ist, als es aus Fig. 1 hervorgeht, ist es erforderlich, dafür zu sorgen, daß zwischen den Punkten 11 und 12 der Brückenschaltung stets eine Wechselspannung vorhanden ist, die eine positive Rückkopplung liefert. Mit anderen Worten, die Brückenschal.tung muß ständig im nicht abgeglichenen Zustand gehalten werden. Der Einfluß der Leitfähigkeit der zu untersuchenden Flüssigkeit soll bewirken, daß die Brückenspannung noch weiter νοφ Gleichgewichtswert abweicht. In der Meßzelle 13 befindet sich die zu untersuchende Flüssigkeit in einem Ringraum zwischen zwei zylindrischen gleichachsigen Elektroden. Die Gleichspannungsquelle liegt zwischen den Punkten 14 und 15 der Schaltung. Der durch die Flüssigkeit in der Meßzelle 13 fließende Gleichstrom fließt auch durch den Y/iderstand 20. iiunmehr richtet sich der Unterschied der Gleichspannungen zwischen den Punkten 11 und 12 nach der Leitfähigkeit der Flüssigkeit. ±>er wert dieser Gleichspannung bestimmt den Wert der Kapazität der Elemente 3 und 4, önd die Wechselspannung zwiscnen den Punkten 11 und 12 wird teilweise hierdurch bestimmt. Diese wechselspannung wird dem Verstärker 1 über den Kondensator 16 zugeführt. Das verstärkte Signal wird über die Wicklung 17 und den Verstärker 18 zu einem Meßgerät 19 geleitet. Der in Fig. 1 mit A bezeichnete 'i'eil der Schaltung kann mit der Meßzelle 13 vereinigt werden. Der Mit B bezeichnete Teil kann

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in einiger Entfernung von der Meßstelle angeordnet werden, wobei die .Entfernung innerhalb weiter Grenzen variieren kann. Um dies zu ermöglichen, sieht man zwischen den Teilen A und B ein Verbindungskabel vor.

G-emäß l'ig. 2 bildet das Bauteil 21 die äußere Elektrode und das .Bauteil 22 die innere Elektrode. Beim Eintauchen der Meßzelle in die Flüssigkeit tritt die flüssigkeit über Öffnungen 25 in den Ringraum 24 zwischen den beiden Elektroden ein· -Die mit 25 und 26 bezeichneten Bauteile bestehen aus Isoliermaterial. In dem Raum 27 kann die transistorisierte Schaltung untergebracht werden, die von den Anschlüssen 28 aus durch ein Kabel mit der Gleichstromquelle und dem Anzeigegerät verbunden werden kann. Mach dem Einführen des Schaltungsteils A in den Hohlraum 27 kann der gesamte verbleibende Raum gegebebenfalls vollständig mit einem isolierenden Material ausgefüllt werden.

Patentansprüche;

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Claims

PATENTANSPRUCH

1. Verfahren zum Ermitteln der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, die einen sehr hohen spezifischen Widerstand haben, z.B. von Kohlenwasserstoffen, mit Hilfe einer Meßeinrichtung, die eine Meßzelle für die zu untersuchende Flüssigkeit, eine Gleichspannungsquelle und ein elektrisches Meßgerät umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß von einem Meßgerät ^ebrauch gemacht wird, das ein oder mehrere Elemente umfaßt, deren Widerstand sich nach der angelegten Gleichspannung richtet, wobei diese Gleichspannung durch die elektrische Leitfähigkeit der zu untersuchenden Flüssigkeit bestimmt wird, wobei das Element bzw. die Elemente außerdem in einem Wechselstromkreis liegen, dem eine Wechselspannung entnommen werden kann, welche ein Maß für die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist, wobei diese Wechselspannung dem Eingang eines Wechselspannungsverstarkers zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung dann.benutzt wird, um die elektrische Leitfähigkeit der zu untersuchenden Flüssigkeit zu ermitteln und/oder zu registrieren*

2. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung im wesentlichen eine Reihenschaltung mit einer Meßzelle für die zu untersuchende Flüssigkeit, einer Gleichspannungsquelle und einem elektrischen Meßgerät umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß das

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Meßgerät einen schwingungsfähigen Verstärker (1) mit einer Brückenschaltung (2) umfaßt, wobei mindestens ein Zweig der Brückenschaltung ein oder mehrere Elemente (3» 4) enthält, deren Widerstand sich nach der angelegten Gleichspannung richtet, wobei die Klemmen der Brückenschaltung mit einer Wechselspannung gespeist werden, die aus der durch den "Verstärker erzeugten Wechselspannung abgeleitet ist, und wobei die Zweige der Brückenschaltung Teile einer Reihenschaltung mit der Heßzelle (13) und der G-Ieichspannungsquelle (14» 15) bilden, während die Punkte der Brückenschaltung, an welche die resultierende Brückenwechselspannung angelegt wird, mit dem Eingang des Verstärkers verbunden sind, und wobei die Ausgangswechselspannung des Verstärkers ein Maß für die zu messende elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2 zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der elektronische Teil des Meßgeräts transistorisiert und vollständig oder im wesentlichen vollständig in einem Hohlraum (27) der Meßzelle (13) untergebracht ist·

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