DE1910217C3

DE1910217C3 - Condenser arrangement for determining the water content of butter conveyed in a pipe

Info

Publication number: DE1910217C3
Application number: DE19691910217
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Heinz, Werner, Dipl.-Phys., 5000 Köln
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1976-10-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung von der im Oberbegriff des Patentanspruches I genannten Gattung.The invention relates to a capacitor arrangement of the type described in the preamble of claim I. named genus.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung rles Wassergehaltes eines fließfähigen Materials, wie zum Beispiel Butter. Bei dieser Anordnung wird das fließfähige Material, zum Beispiel Buter, durch eine eine Mcßelektrode enthaltende Kämmet durchgedrückt. Die von der Dielektrizitätskonstante der Butter abhängige Kapazität zwischen der Kammer und der Meßelektrode wird gemessen. Die Dielektrizitätskonstante der Butter hängt wieder von deren Wassergehalt ab. Die Dielektrizitätskonstanten von wasserfreierA device for capacitive measurement of the water content of a flowable material is known, like butter. With this arrangement the flowable material, e.g. Buter, is through a comb set containing a measuring electrode is pushed through. That of the dielectric constant of butter dependent capacitance between the chamber and the measuring electrode is measured. The dielectric constant the butter again depends on its water content. The dielectric constant of anhydrous

Butterund von Wasser sind bekannt. Damit läßt sich der Wassergehalt der Butter aus der gemessenen Kapazität errechnen. Fehler entstehen bei dieser Messung unter anderem als Folge von Feuchügkeitsausseheidungen an der Meßelekirode selbst. Zum Unterdrücken dieser Fehler ist der Meßelektrode in dieser bekannten Vorrichtung eine Kompensations-Elektrode entgegen-•-«eschaltet. Diese Schaltung beruht auf der Annahme, daß die Feuchtigkeiisausscheidungen an der Meß- und Koinpensationselektrode dem Betrage nach gleich sind. Dies trifft jedoch nicht zu. Butter ist insbesondere in bezus auf die Ausscheidung der in ihr enthaltenen Feuchtigkeit an festen Flächen bei Vorbeilauf an diesen eine völlig inhomogene Masse. Nur während völlig vernachlässigbarer kurzer Zeitaugenblicke wird daher der an der Kompensationselektrode durch eine Feuchtigkeitsabscheidung hervorgerufene Meßfehler seinem Betrag nach dem entsprechenden Fehler an der Meßelektrode gleich sein. Damit werden sich die beiden Meßfehler nur während dieser vernachlässigbaren kurzen Zeitaugenblicke und damit praktisch überhaupt nicht zu Null addieren. Damit muß die Messung ohne Berücksichtigung anderer Fehlerquellen fehlerhaft bleiben (CH-PS 4 32 056).Butter and water are known. With that the Calculate the water content of the butter from the measured capacity. Errors occur in this measurement under among other things as a result of Feuchügkeitsausseidungen on the Messelekirode itself. To suppress this In this known device, a compensation electrode is connected against the measuring electrode. This circuit is based on the assumption that the moisture precipitates at the measuring and Coinpensationselectrode are equal in amount. However, this is not the case. Butter is particularly in bezus to the excretion of the contained in it Moisture on solid surfaces when passing them a completely inhomogeneous mass. Only while totally negligible short moments of time is therefore the one at the compensation electrode by a Moisture separation caused measurement errors its amount according to the corresponding error on the Measuring electrode be the same. This means that the two measurement errors are only negligible during this one short moments of time and thus practically not add up to zero at all. This means that the measurement must be carried out without Consideration of other sources of error remain incorrect (CH-PS 4 32 056).

Bekannt ist weiter eine Vorrichtung zum Messen der Dichte von strömenden Medien. Sie besteht aus einem Rohr und mehreren in diesem koaxial angeordneten ringlörmigen Rohrsiücken. Die Kapazität zwischen diesen wird gemessen und läßt auf die Dichte des durchströmenden Mediums schließen (US-PS 31 76 222).A device for measuring the density of flowing media is also known. It consists of one Tube and several in this coaxially arranged ring-shaped tube backs. The capacity between this is measured and allows conclusions to be drawn about the density of the medium flowing through (US-PS 31 76 222).

Bekannt ist auch noch eine Kondensator-Anordnung der mit dem Oberbegriff des Patentanspruches I beschriebenen Gattung, die in Pipelines eingebaut wird und dort zum Messen des Wassergehaltes des beförderten Erdöles dient. Auch diese Anordnung arbeitet auf der Grundlage der Messung der Kapazität zwischen Elektroden. Die eine Elektrode ist eine in der Pipeline gehaltene Meß- oder Kondensatorelektrode. Die andere Elektrode könnte die Rohrwand der Pipeline sein. Die bekannte Kondensator-Anordnung soll jedoch als in sich abgeschlossene Einheit in Pipelines verschiedener Durchmesser eingebaut werden. Diese verschiedenen Durchmesser würden bei Verwendung der Pipelinewand als Elektrode in die Messung eingehen und jedesmal eine neue Eichung erfordern. Um trotz der verschiedenen Pipelinedurchmcsser sofort verwendbare Meßergebnisse zu erzielen, enthält die bekannte Kondensator-Meßanordnung noch eine aus zwei zusätzlichen Kondensatorplatten bestehende Gegenelektrode, die die erste Kondensatorplatte von den Auswirkungen der metallischen Rohrwand der Pipeline abschirmt. Damit werden die bekannte Kondensator-Anordnung und die mit ihr durchgeführten Messungen unabhängig von den Einflüssen unterschiedlicher Pipelines. Die gemessene Kapazität hängt von der Dielektrizitätskonstante ab und diese schwankt mit den gleichmäßig in dem Erdöl verteilten Wassertröpfchen. Aus der Messung der Kapazität läßt sich damit auf den Wassergehalt des Erdöls schließen (US-PS29 04 75I).A capacitor arrangement with the preamble of claim I is also known described genus, which is installed in pipelines and is used there to measure the water content of the oil being transported. This arrangement too works on the basis of measuring the capacitance between electrodes. One electrode is one in the Measuring or capacitor electrode held in a pipeline. The other electrode could be the pipe wall of the Be a pipeline. However, the known capacitor arrangement is intended as a self-contained unit in Pipelines of various diameters can be installed. These different diameters would be Use the pipeline wall as an electrode in the measurement and each time a new calibration require. In order to achieve immediately usable measurement results in spite of the different pipeline diameters, the known capacitor measuring arrangement also contains one consisting of two additional capacitor plates Counter electrode that the first capacitor plate from the impact of the metal tube wall of the Shields the pipeline. Thus the well-known capacitor arrangement and those carried out with it Measurements independent of the influences of different pipelines. The measured capacitance hangs on the dielectric constant and this fluctuates with the water droplets evenly distributed in the petroleum. The water content of the crude oil can thus be deduced from the measurement of the capacity (U.S. Patent 29 04 75I).

Bei der Messung des Wassergehaltes von Butter stellen sich nun häufig Meßwertschwankungen ein, die weder etwas mit der Dielektrizitätskonstanten und damit dem Wassergehalt der Butter noch etwas allein mit den schon erwähnten Feuchtigkeitsabsonderungen auf der Meß- oder Kondensatorelektrode zu tun haben. Es hat sich herausgestellt, daß diese Meßwertschwan-When measuring the water content of butter, fluctuations in the measured values often arise neither something with the dielectric constant and thus the water content of the butter nor something alone have to do with the already mentioned moisture secretions on the measuring or capacitor electrode. It has been found that these measured value fluctuations

klingen auf die Ausscheidung von Wasser .in sämtlichen Grenzflächen /uruckgehen und duLt insbesondere diese Ausscheidungen wet'- und damit zeitabhängig sind. Auf ihrem gesamten Weg durch das zum Beispiel einer Buttermaschine nachgeordnete FoH..-rrohr scheidet sich aus der Butler Wasser an der Rohrwand ab Cs bildet sich ein mit der Butter mitw ändernder und immer stärkerer Wasserfall an der Rohrwand .ms. Sich in einem stromauiw artiger, Gebiet an :ier Rohrwand abscheidende Wassertrupl'chen schieben den sich wir hnen aufbauenden W'asserfilni vor sich her und dieser wird durch auf der gesamten Wegiang.· in ihn zusätzlich eintretende Wassertropiehen immer starker. Am Austnttscnde des Rohres und damit am Ort des Einbaus der Kondensator-Anordnung erreichen die Starke dieses Wasserfilmes und damit der durch ihn hervorüerufene Meßfehler ihr Maximum. Mit der bekannten kompensationselektrode laßt sich dieser Meßlehler ■licht ausgleichen. Eine Kompensationselekirode muH zwangsläufig kurzer als das gesamte i orderrohr sein. AulJerdem Mv.d Butler und damit der s;ch aus dieser abscheidende Wjsserhlm inhomogen und damit veränderlich. Ein der- Betrag nach gleicher und zwecks Kompensation negativ in die Messung einzuführender Fehler laßt sich damit nicht nachbildensound on the excretion of water in all interfaces and because these excretions in particular are wet and thus time-dependent. On its entire way through the FoH ..- pipe, which is, for example, downstream of a butter machine, water separates from the butler on the pipe wall. In a stream-like area, water droplets separating on the pipe wall push the water film that is building up in front of them and this becomes stronger and stronger due to additional water droplets entering it along the entire route. At the end of the pipe and thus at the location of the installation of the condenser arrangement, the thickness of this water film and thus the measurement errors it causes reach their maximum. With the known compensation electrode, this measuring head can be compensated for light. A compensation electrode must inevitably be shorter than the entire order tube. In addition, Mv.d Butler and thus the water separating from this inhomogeneous and thus changeable. An error which is equal to the amount and which is to be introduced negatively into the measurement for the purpose of compensation cannot be reproduced in this way

Hiervon ausgehend stellt sich die Aufgabe, eine Kondensator-Anordnung s.i auszubilden. JaIS die durch diese W asserschichtbilduiig bedingten Fehler nicht u, die Messung eingehen. Die Lösung fur diese Aufgabe ergib: sich bei einer Kondensator-Anordnung der eingangs genannten Gattung nach der Erfindung mit Jen im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aul'geluhrten Merkmalen. Das metallische Element übernimmt statt der Rohrwand die Funktion einer Gegenelektrode und nimmt damit das Rohr aus der Messung heraus. Die Wa-.serschieht an der Rohrwand durchdringende Feldlinien sind nicht mehr vorhanden. Es gibt nur noch die Buttermas.ie selbst durchdringende Feldlinien. Dies führt zu einer genauen Messung. Damit wird diese unabhängig von einer sich auf der Rohrwand abgesetzten mehr oder weniger Marken Wasserschicht.Proceeding from this, the task arises of forming a capacitor arrangement si. Yes, the errors caused by this water layer formation are not included in the measurement. The solution to this problem is found in a capacitor arrangement of the type mentioned at the beginning according to the invention with the features listed in the characterizing part of claim 1. Instead of the pipe wall, the metallic element takes on the function of a counter electrode and thus removes the pipe from the measurement. Field lines penetrating the pipe wall are no longer present. There are only the Buttermas.ie self-penetrating field lines. This leads to an accurate measurement. This makes it independent of a more or less marked layer of water deposited on the pipe wall.

Beim Anstoßen der Butter an den Vorderkanten der Elektroden wird sie gestaucht. Wegen ihrer hohen Viskosität kann diese Verformung bei ihrem Vorbeilauf an den Elektrodenflächen nicht vollständig ausgeglichen werden und insbesondere an den stromabwärts liegenden Bereichen der Elektroden entstehen Luftsäkke und Leerräume. Zwecks weitgehender Unterdrückung dadurch entstehender Meßfehler werden in einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung die in Förderrichtung der Butter stromabwärts liegenden Enden der ersten Kondensator-ElektroJe und dei Gegenelektrode aus Isolierstoff ausgebildet. Danit sind diese stromabwärts liegenden Enden nicht mehr an der Messung beteiligt und zwischen ihnen möglicherweise entstehende Fehler bleiben unberücksichtigt.When the butter hits the front edges of the electrodes, it is compressed. Because of their high Viscosity cannot completely compensate for this deformation as it passes the electrode surfaces and especially in the downstream areas of the electrodes and spaces. For the purpose of extensive suppression of the resulting measurement errors are in a Expedient embodiment of the invention, the downstream in the conveying direction of the butter Ends of the first capacitor ElektroJe and dei Counter electrode made of insulating material. Danit are these downstream ends are no longer involved in the measurement and possibly between them resulting errors are not taken into account.

Die erste Kondensator-Elektrode und die Gegenelektrode können verschiedene geometrische Formen, haben. Einige erfindungsgemalJe Ausführungsformen sind in Unteranspruehen aufgezahlt.The first capacitor electrode and the counter electrode can have different geometric shapes, to have. Some embodiments according to the invention are listed in subclaims.

Eine erfindungsgemäße Möglichkeit zum Ausschalten der durch Luftsäcke und Leerraume entstehenden Fehler wurde bereits genannt. Eine weitere erfindungsgemaße Möglichkeit zum Unterdrücken solcher Fehler liegt dann, daß zum Erhöhen des Druckes im Bereich der Elektroden eine Lochblende oder eine andere den Querschnm verengende Einrichtung hinter den Elektroden angeordnet ist. Der höhere Druck preßt die Butter starker an die Elektroden und damit wird das Einstehen von Luftsäcken an den stromabwärts liegenden (Liehen und Kanten der Elektroden w eiigehend unterdrückt.A possibility according to the invention for switching off the error caused by air sacs and empty spaces has already been mentioned. Another according to the invention The possibility of suppressing such errors is then that of increasing the pressure in the area of the electrodes, a perforated diaphragm or some other device that narrows the cross-section behind the electrodes is arranged. The higher pressure presses the butter more strongly against the electrodes, which makes it stand up of air sacs on the downstream (Liehen and edges of the electrodes are largely suppressed.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigk-n Ai.'.iuhrungsform wird die t-nir'idung nun weiter beschrieben.Using the example of the k-n shown in the drawing As a rule of thumb, the t-nir'idation is now widening described.

Die I- ι g. la. Ib und L zeigen die Kondensator-Anordnung in verschiedenen Ansichten, teilweise im Schnitt.The I- ι g. la. Ib and L show the capacitor arrangement in different views, partly in Cut.

Die Anordnung en;n.i:i da-- Forderrohr 1 zum Transport der Butler 2. In das Forderrohr 1 ragt die erste Kondensator-Elektrode 3. Sie wird durch den Steg 4 gehalten. Er dient gleichzeitig zur ZuHiIv der I iochtr^quenzspannung. Das Forderrohr I hegt auf Massepotential. Die Kondensatorelektrode 3 ist in einem Isohereinsatz 6 befestig! Dieser wird in einen Rohrabschnitt 7 eingesteckt. Im gezeigten Beispiel belinden sich aul beiden Seiten der ersten Kondensatorelektrode 3 plattenförmig ausgebildete Gegenelektroden 11. Sie bestehen aus elektrisch leitendem Werkstoff. Metallische Stege 12 verbinden sie mit dem Förderrohr 1 und legen sie damit auf Massepotential. Die dem Isoliereinsatz, b zugekehrten oberen Enden 13 der Gegenelektroden 11 sind etwas nach außen abgebogen. Sie fangen die von dem Steg 4 ausgehenden Feldlinien vor Erreichen des Förderrohres 1 ab. Die die Butter 2 dann noch durchdringenden Feldlinien sind mit 5 bezeichnet. Eine Lochblende 14 ist am stromabwärtigen Ende des Förderrohres 1 angeordnet. Sie erhöht den Druck in der Butter 2 im Meßbereich.The arrangement en; ni: i da-- feed pipe 1 for transporting the Butler 2. The first capacitor electrode 3 protrudes into the feed pipe 1. It is held by the web 4. At the same time, it serves to supply the high-frequency voltage. The delivery pipe I is at ground potential. The capacitor electrode 3 is fastened in an insulating insert 6! This is inserted into a pipe section 7. In the example shown, both sides of the first capacitor electrode 3 have plate-shaped counter-electrodes 11. They consist of an electrically conductive material. Metallic webs 12 connect them to the conveyor pipe 1 and thus place them on ground potential. The upper ends 13 of the counter-electrodes 11 facing the insulating insert, b are bent slightly outwards. They intercept the field lines emanating from the web 4 before they reach the conveyor pipe 1. The field lines which then still penetrate the butter 2 are denoted by 5. A perforated diaphragm 14 is arranged at the downstream end of the conveying pipe 1. It increases the pressure in the butter 2 in the measuring area.

Ein Querschnitt der ersten Kondensator-Elektrode ? und der Gegenelektrode 11 ist in Fig. Ic daigestellt. Der Pfeil markiert die Fließrichtung der Butter 2. Die erste Kondensator-Elektrode 3 und die Gegenelektroden 11 haben die Form von schlanken Tropfen. Damit sind sie einerseits genügend stabil, um nicht durch den Fließdruck der Butter 2 verformt zu werden. Andererseits reißt die Strömung der Butter an keiner Stelle der Elektroden ab, so daß sich insbesondere an deren stromabwärtigen Kanten keine Leerräume bilden können. Statt der Tropfenform ist auch eine Keilform möglich. Dabei liegen die breiten Seiten der Keile am stromaufwärtigen Ende.A cross section of the first capacitor electrode? and the counter electrode 11 is shown in Fig. Ic. The arrow marks the direction of flow of the butter 2. The first capacitor electrode 3 and the counter electrodes 11 have the shape of slender drops. In order to on the one hand, they are sufficiently stable not to be deformed by the flow pressure of the butter 2. on the other hand the flow of butter does not stop at any point on the electrodes, so that in particular on their downstream edges cannot form voids. Instead of the teardrop shape, there is also a wedge shape possible. The broad sides of the wedges are at the upstream end.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

I. Condenser arrangement / to determine the water content of conveyed in a pipe Butter with at least one of a high frequency voltage applied and by means of a Ridge insulates the first capacitor electrode held in the tube. as well as a counter electrode, characterized in that the counter electrode is from one between the tube (1) and the first capacitor electrode (3) arranged and on the inner wall of the tube (1) Adjacent area formed against electrical fields shielding metallic element (11) is. which is electrically connected to the pipe (I).

2. Capacitor arrangement according to claim t. characterized in that in the conveying direction the ends of the first capacitor electrode (3) and the counter electrode located downstream of the butter (H) consist of insulating material.

3. capacitor arrangement according to claim 1, characterized in that the counter electrode (11) au «, consists of two plates, which are on either side of the first capacitor electrode (3) are arranged.

4. Capacitor arrangement according to claim 1, characterized in that the counter electrode (11) has a substantially ring shape.

5. Capacitor arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Counter electrode (H) also the web connecting the first capacitor electrode (3) to the tube (1) (4) encloses.

6. Capacitor arrangement according to one of claims I to 5, characterized in that the Gegeneiektrode (ll) is attached to the tube (l).

7. Capacitor arrangement according to one of the claims I to 5. characterized in that the counter electrode (II) on which the first capacitor electrode (3) holding web (4) is attached.

8. Capacitor arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first capacitor electrode (3) and the counter electrode (II) in cross section essentially drop or Have a wedge shape.

9. Capacitor arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that for Increase the pressure in the area of the electrodes (3, H) a perforated diaphragm (14) or another, the Cross-section narrowing device is arranged behind the electrodes.