DE1623034B2 - Vorrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten mit sehr hohem spezifischen Widerstand, insbesondere von Kohlenwasserstoffen mit einer Meßzelle für die zu untersuchende Flüssigkeit, einer Gleichspannungsquelle und einem elektrischen Meßgerät, die elektrisch hintereinandergeschaltet sind. Mit dieser Vorrichtung sollen vor allem solche Kohlenwasserstoffe, denen andere Stoffe beigefügt worden sind, durch welche die elektrische Leitfähigkeit erhöht wird, gemessen werden. Der spezifische Widerstand solcher Flüssigkeiten liegt gewöhnlich zwischen etwa 10¹⁰ und 10' 5 Ohm · cm.

Solche Leitfähigkeitsmeßgeräte sollen leicht transportabel sein, um sie an beliebiger Stelle bequem einsetzen und die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, die beispielsweise in Behältern od. dgl. vorhanden sind, bestimmen können. Dies ist z. B. bei der Vorbereitung und dem Transport von mit Hilfe von Pumpen zu fördernden Flüssigkeiten von Bedeutung, bei denen eine elektrostatische Aufladung auftreten kann, so daß die Gefahr einer Entzündung durch Funkenbildung besteht. Zu derartigen Flüssigkeiten gehört z. B. Kraftstoff für Strahltriebwerke von Flugzeugen.

Es ist eine Leitfähigkeitsmeßvorrichtung mit einer Meßzelle, einer Gleichspannungsquelle und einem elektrischen Meßgerät, die elektrisch hintereinander geschaltet sind, z. B. aus der NL-PS 1 00 764 bekannt. Bei dieser Meßvorrichtung ist es möglich, die Meßzelle mit der zu untersuchenden Flüssigkeit durch Eintauchen der Zelle zu füllen, so daß die Flüssigkeit dann zwischen den Elektroden der Meßzelle sich befindet. Die Gleichspannungsquelle ist mit der Meßzelle in Reihe geschaltet. Der sehr schwache Meßstrom wird dem

ίο 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 Drift (Null-Punktverschiebung) des Verstärkers zu kompensieren. Bei dieser Meßvorrichtung ist es erforderlich, unmittelbar vor jeder Messung eine Driftkorrekturspannung zu bestimmen und die Korrektur durchzuführen. Es ist also bei jeder Messung ein Abgleichvorgang erforderlich.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Meßvorrichtung besteht darin, daß zwischen der Meßzelle und dem Meßgerät ein sehr empfindliches und teures Verbindungskabel vorgesehen werden muß. Dieses Kabel kann ja eine Länge von vielen Metern haben, z. B. wenn Messungen in Lagerbehältern erfolgen müssen, wobei es erforderlich ist, die in den meisten Fällen als Eintauchzelle ausgebildete Meßzelle in das Innere des Behälters herabzulassen, während sich das Meßgerät außerhalb des Behälters in Bodenhöhe befindet. Die Isolation des Kabels muß sehr hohen Anforderungen genügen, denn der zu messende Widerstand der Flüssigkeit ist ja sehr hoch. Nur besondere Doppelkoaxialkabel entsprechen diesen Isolationserfordernissen. Solche Kabel haben aber den Nachteil, daß sie empfindlich und sehr leicht beschädigbar sind. Außerdem werden sie bei niedrigen Temperaturen steif.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Leitfähigkeitsmeßvorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der auf einen Abgleich vor jeder Messung verzichtet werden kann und teure und empfindliche Stromkabel zwischen Meßzelle und Meßgerät vermeidbar sind.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Meßgerät einen schwingungsfähigen Verstärker mit einer mindestens in einem Zweig ein oder mehrere gleichspannungsabhängige Widerstandselemente aufweisende Brückenschaltung umfaßt, die mit einer Wechselspannung gespeist ist, welche aus der durch den Verstärker erzeugten Wechselspannung abgeleitet ist, und deren Zweige mit der Meßzelle und der Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet sind, während deren Punkte, an welchen die resultierende Brükkenspannung steht, mit dem Eingang des Verstärkers verbunden sind und die Ausgangswechselspannung des Verstärkers ein Maß für die zu messende elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist. Die gleichspannungsabhängigen Widerstandselemente sind vorzugsweise Dioden mit großer Kapazität und hohem Widerstand. Wenn auch die Frequenz des Verstärkers nicht sehr kritisch ist, liegt doch seine bevorzugte Frequenz bei etwa 30 kHz.

Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung wird somit kein direkt gekoppelter Gleichstromverstärker mit hohem Eingangswiderstand verwendet. Die von der elektrischen Leitfähigkeit abhängige Gleichspannung wird zuerst in eine entsprechende Wechselspannung umgewandelt, die dann dem Eingang eines Wechselspannungsverstärkers zugeführt wird. Dieser Verstärker für die Wechselspannung zeigt keine Drift oder

Auswanderung, so daß sich besondere Maßnahmen zur Korrektur einer solchen Drift erübrigen.

Die gleichspannungsabhängigen Widerstandselemente können, wie ausgeführt, 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. Bei einer Siliziumdiode kann die Kapazität von 1000 auf 400 pF zurückgehen, wenn sich die angelegte deichspannung um 4 Volt erniedrigt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Meßvorrichtung sieht vor, daß der elektronische Teil des Meßgeräts transistoriert und vollständig oder im wesentlichen vollständig in einem Hohlraum der Meßzelle eingebaut ist. Eine solche Transistorisierung des elektronischen Teils läßt sich bei dem bekannten Meßgerät nicht verwirklichen. Wenn man diesen elektronischen Teil vollständig oder im wesentlichen vollständig in dem Hohlraum der Meßzelle unterbringt, besteht Gewähr dafür, daß man dem Anzeige- oder Registriergerät ein verstärktes Meßsignal zuführen kann, so daß das zur Zuleitung benötigte Kabel einen Bestandteil einer Schaltung mit niedrigem Innenwiderstand bildet. Es lassen sich daher normale robuste Verbindungskabel, die mit normalen Isoliermaterialien ummantelt sind, verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand einer schematischen Zeichnung nachfolgend näher erläutert, in der zeigt

F i g. 1 die Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Meßzelle.

Das Meßgerät umfaßt gemäß F i g. 1 einen Verstärker 1 für eine Wechselspannung und eine Brückenschaltung 2, die in einem Zweig zwei Dioden 3 und 4, deren Kapazität sich unter anderem nach der angelegten Gleichspannung richtet, umfaßt. Der andere Brükkenzweig enthält zwei Widerstände 5 und 6, von denen der eine einstellbar ist. An den Klemmen 7 und 8 liegt eine Wicklung 9 eines Kopplungsübertragers 10. Hierdurch kann der Verstärker der zu Schwingungen angeregt wird, deren Frequenz sich nach den elektrischen Werten der verwendeten Schaltungselemente und teilweise nach demjenigen gegebenenfalls vorgesehener weiterer Elemente richtet. Wenn zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers keine andere Kopplung einer Wechselspannung vorgesehen ist, als sie in F i g. 1 dargestellt ist, muß dafür gesorgt werden, daß zwischen den beiden anderen Diagonalpunkten 11 und 12 der Brückenschaltung 2 stets eine Wechselspannung vorhanden ist, die eine positive Rückkopplung liefert. Mit anderen Worten, die Brückenschaltung muß ständig im nicht abgeglichenen Zustand gehalten werden. Der Einfluß der Leitfähigkeit der zu untersuchenden Flüssigkeit soll bewirken, daß die Brückenspannung noch weiter vom Gleichgewichtswert abweicht. In einer Meßzelle 13 befindet sich die zu untersuchende Flüssigkeit in einem Ringraum 24 zwischen zwei zylindrischen gleichachsigen Elektroden 21 und 22, s. F i g. 2. Die Gleichspannungsquelle liegt an den Anschlüssen 14 und 15 der Schaltung. Der durch die Flüssigkeit in der Meßzelle 13 fließende Gleichstrom fließt auch durch den Widerstand 20. Dadurch richtet sich der Unterschied der Gleichspannungen zwischen den Diagonalpunkten 11 und 12 nach der Leitfähigkeit der Flüssigkeit. Den Wert dieser Gleichspannung bestimmt der Wert der Kapazität der Dioden 3 und 4 und die Wechselspannung zwischen den Diagonalpunkten 11 und 12 der Brückenschaltung 2 wird hierdurch teilweise bestimmt. Diese Wechselspannung wird dem Verstärker 1 über einen Kondensator 16 zugeführt. Das verstärkte Signal wird über eine Wicklung 17 und einen Verstärker 18 zu einem Anzeigegerät 19 geleitet. Der in F i g. 1 mit A bezeichnete Teil der Schaltungsanordnung kann mit der Meßzelle 13 vereinigt werden. Der mit B bezeichnete Teil kann in einiger Entfernung von der Meßzelle angeordnet werden, wobei die Entfernung innerhalb weiter Grenzen variieren kann. Um dies zu ermöglichen, sieht man zwischen den Teilen A und ßein normales Verbindungskabel vor.

Gemäß F i g. 2 hat die Meßzelle eine äußere zylindrische Elektrode 21 und eine innere zylindrische Elektrode 22 sowie aus Isolierstoff ein Deckelteil 25 und ein bodenteil 26. Der Deckelteil 25 ist nach unten verlängert und erfüllt mit einem Hohlkörper den Innenraum der inneren Elektrode 22. Beim Eintauchen der Meßzelle in die zu untersuchende Flüssigkeit tritt die Flüssigkeit über Öffnungen 23 der äußeren Elektrode 21 in den Ringraum 24 zwischen den beiden Elektroden ein. Im Hohlraum 27 des Deckelhohlkörpers kann der transistorisierte Schaltungsteil A untergebracht werden, der über Deckelanschlüsse 28 mittels eines normalen Kabels mit der Gleichstromquelle und dem Anzeigegerät verbunden wird. Nach dem Einbau des Schaltungsteils A in den Hohlraum 27 kann der gesamte verbleibende Raum gegebenenfalls vollständig mit einem isolierenden Material ausgegossen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten mit sehr hohem spezifischen Widerstand, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, mit einer Meßzelle für die zu untersuchende Flüssigkeit, einer Gleichspannungsquelle und einem elektrischen Meßgerät, die elektrisch hintereinandergeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät einen schwingungsfähigen Verstärker (1) mit einer mindestens in einem Zweig ein oder mehrere gleichspannungsabhängige Widerstandselemente (3, 4) aufweisende Brückenschaltung (2) umfaßt, die mit einer Wechselspannung gespeist ist, welche aus der durch den Verstärker (1) erzeugten Wechselspannung abgeleitet ist, und deren Zweige mit der Meßzelle (13) und der Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet sind, während deren Punkte (U, 12), an welchen die resultierende Brückenwechselspannung steht, mit dem Eingang des Verstärkers (1) verbunden sind, und die Ausgangswechselspannung des Verstärkers (1) ein Maß für die zu messende elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichspannungsabhängigen Widerstandselemente (3, 4) Dioden sind, deren Sperrschicht eine große Kapazität und einen hohen Widerstand aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (1) mit einer Frequenz von etwa 30 kHz schwingt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Teil (A) des Meßgeräts transistorisiert und vollständig oder im wesentlichen vollständig in einen Hohlraum 27 der Meßzelle 13 eingebaut ist.