DE19851146A1 - Sensor zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums - Google Patents
Sensor zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit eines flüssigen MediumsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen induktiv arbeitenden Sensor (1) zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums (2), mit einer mittels eines Eingangssignals gespeisten Erregerspule (3) und einer mit dieser über das flüssige Medium (2) gekoppelten Empfangsspule (4), die ein Ausgangssignal (I¶Ind¶) liefert, das ein Maß für die Leitfähigkeit des flüssigen Mediums (2) ist. Um eine frühzeitige Detektion von Beschädigungen der Windungen der Erregerspule (3) oder der Empfangsspule (4) bzw. eines Zuleitungskabels des Sensors (1), die zu Kriechströmen oder Kurzschlüssen führen, zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, daß der Sensor (1) Mittel (5) zum Messen eines veränderlichen Signals am Eingang der Erregerspule (3) aufweist. Die Erregerspule (3) des Sensors (1) wird vorzugsweise von einer Eingangsspannung (U¶Err¶) gespeist, und die Mittel (5) zum Messen des variablen Signals messen vorzugsweise den Eingangsstrom (I¶Err¶) am Eingang der Erregerspule (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen induktiv arbeitenden
Sensor zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit eines
flüssigen Mediums, mit einer mittels eines Eingangssignals
gespeisten Erregerspule und einer mit dieser über das flüssige
Medium gekoppelten Empfangsspule, die ein Ausgangssignal
liefert, das ein Maß für die Leitfähigkeit des flüssigen
Mediums ist.
Derartige Sensoren weisen bspw. eine als Ringspule
ausgebildete Erregerspule auf, die von einer Wechselspannung
gespeist wird. Im Inneren der Erregerspule wird ein
ringförmiges magnetisches Wechselfeld erzeugt. In der gleichen
Ebene, in der auch die Erregerspule liegt, ist eine
Empfangsspule angeordnet, die ebenfalls als eine Ringspule
ausgebildet sein kann. Durch bewegliche Ionen in dem flüssigen
Medium wird infolge des magnetischen Wechselfeldes in der
Erregerspule ein ringförmiger Strom in dem zu messenden
flüssigen Medium erzeugt, der wiederum in der Empfangsspule
ein Ausgangssignal auslöst, dessen Stärke abhängig ist von der
Beweglichkeit und der Konzentration der Ionen und mithin von
der elektrischen Leitfähigkeit des flüssigen Mediums. Das
Ausgangssignal ist üblicherweise als ein Induktionsstrom
ausgebildet.
Derartige Sensoren werden vorzugsweise in der Lebensmittel-
oder der Arzneimittelindustrie zur Überwachung der
Produktionsabläufe in Produktionsanlagen zur Herstellung von
Lebensmitteln oder Arzneimitteln eingesetzt. Die Sensoren
müssen stets ein genaues und zuverlässiges Ausgangssignal
liefern, damit übermäßige Veränderungen der Leitfähigkeit des
zu messenden Mediums rasch erkannt werden können und
entsprechend reagiert werden kann, um eine Beeinträchtigung
der herzustellenden Lebensmittel oder Arzneimittel verhindern
zu können. Die entsprechenden Reaktionen auf eine Veränderung
der Leitfähigkeit können entweder mittelbar durch das
Produktionspersonal oder unmittelbar durch die
Produktionsanlage veranlaßt werden.
Während des Einsatzes des Sensors kann dieser großen
mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sein.
Dadurch kann es in manchen Fällen zu Beschädigungen der
Windungen der Erreger- oder der Empfangsspule kommen. Zwischen
den beschädigten Windungen kann es zu Kriechströmen oder gar
zu Kurzschlüssen kommen. Durch die Kriechströme zwischen den
Windungen kann das Ausgangssignal verfälscht werden, ein
Kurzschluß zwischen den Windungen macht den gesamten Sensor
unbrauchbar.
Des weiteren kann es aufgrund von mechanischen oder
thermischen Belastungen des Sensors zu einem Kurzschluß oder
einem Bruch des Zuleitungskabels zu dem Sensor kommen. Es
versteht sich, daß dadurch ebenfalls das Ausgangssignal
verfälscht bzw. der gesamte Sensor unbrauchbar werden kann.
Das verfälschte Ausgangssignal wird von dem
Produktionspersonal bzw. von der Produktionsanlage zunächst
nicht als solches erkannt. Das Produktionspersonal bzw. die
Produktionsanlage geht zunächst davon aus, daß das
Ausgangssignal eine veränderte Leitfähigkeit des zu messenden
Mediums detektiert hat und reagiert entsprechend, indem die
Produktionsabläufe an den neuen Leitfähigkeitswert des
Mediums angepasst werden. Erst nach einiger Zeit bzw. bei
einem erheblich verfälschten Ausgangssignal wird bspw. mittels
einer Plausibilitätsprüfung erkannt werden können, daß das
Ausgangssignal verfälscht ist bzw. der Sensor defekt ist.
Während dieser Zeit wird die Produktion üblicherweise
fortgesetzt. Aufgrund des verfälschten Ausgangssignals kann es
zu Veränderungen der Produktionsabläufe kommen, die während
dieser Zeit zur Herstellung eines fehlerhaften Produkts führen
können. Das kann dazu führen, daß die gesamte Charge der
laufenden Produktion aus Sicherheitsgründen vernichtet werden
muß, um eine Gesundheitsgefährdung der Käufer durch
fehlerhafte Lebensmittel oder Arzneimittel mit Sicherheit
auszuschließen. Das ist mit erheblichen Kosten verbunden. Nach
dem Stand der Technik kann eine Beschädigung der Windungen der
Erreger- oder der Empfangsspule bzw. des Zuleitungskabels zu
dem Sensor nicht bzw. nur viel zu spät detektiert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
einen Sensor der eingangs genannten Art dahingehend
auszugestalten und weiterzubilden, daß er eine frühzeitige
Detektion von Beschädigungen der Windungen der Erreger- oder
der Empfangsspule bzw. des Zuleitungskabels, die zu
Kriechströmen oder Kurzschlüssen führen, ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von
dem Sensor der eingangs genannten Art vor, daß der Sensor
Mittel zum Messen eines veränderlichen Signals am Eingang der
Erregerspule aufweist.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß Beschädigungen der
Windungen der Erreger- oder Empfangsspule, falls Kriechströmen
oder Kurzschlüssen auftreten, dazu führen, daß ein variables
Signal am Eingang der Erregerspule drastisch ansteigt. Falls
das Eingangssignal als eine Spannung ausgebildet ist, wird der
Eingangsstrom am Eingang der Erregerspule infolge der
Beschädigung des Sensors ansteigen. In diesem Fall werden die
vorgesehenen Mittel den Eingangsstrom messen. Falls das
Eingangssignal als ein Strom ausgebildet ist, wird die
Eingangsspannung am Eingang der Erregerspule infolge der
Beschädigung ansteigen. In diesem Fall werden die vorgesehenen
Mittel die Eingangsspannung messen.
Ebenso verhält sich dieses Signal am Eingang der Erregerspule
bei einer Beschädigung des Zuleitungskabels des Sensors, die
zu Kriechströmen oder Kurzschlüssen führt. Das veränderliche
Signal am Eingang der Erregerspule gibt also schnell und
zuverlässig Aufschluß über die Funktionsfähigkeit des Sensors.
Durch eine Überwachung dieses Signals am Eingang der
Erregerspule können Beschädigungen der Windungen der Erreger-
oder der Empfangsspule bzw. des Zuleitungskabels des Sensors,
die zu Kriechströmen oder Kurzschlüssen führen, frühzeitig und
zuverlässig detektiert werden.
Das Produktionspersonal kann auf einen solchen detektierten
Sensordefekt ohne Zeitverzögerung reagieren. Bspw. kann
zunächst die Produktion angehalten werden, um die Herstellung
defekter Produkte zu verhindern. Der defekte Sensor kann gegen
einen neuen ausgetauscht werden und die Produktion dann wieder
hochgefahren werden. Zusätzlich könnte auch eine
Kontrollmessung der Leitfähigkeit des zu messenden Mediums
durchgeführt werden, um zu überprüfen, ob der Sensor
tatsächlich defekt ist. Das Abschalten und das erneute
Hochfahren der Produktion kann auch unmittelbar von der
Steuerung der Produktionsanlage ausgeführt werden, ohne daß
das Produktionspersonal darauf Einfluß hat.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
vorgeschlagen, daß der Sensor eine die Erregerspule mit einer
Eingangsspannung speisende Spannungsquelle aufweist, und daß
die Mittel zum Messen des variablen Signals den Eingangsstrom
am Eingang der Erregerspule abgreifen.
Die Mittel zum Messen des Eingangsstroms weisen vorzugsweise
einen Meßwiderstand auf und messen die über dem Meßwiderstand
abfallende Spannung. Da sich die Spannung proportional zu dem
Eingangsstrom verändert, kann der Eingangsstrom bei einem
derart ausgebildeten Sensor, auf einfache Weise bestimmt
werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Sensor
einen Meßwertumformer zur Aufnahme des Ausgangssignals
aufweist, der mit den Mitteln zum Messen des variablen Signals
am Eingang der Erregerspule verbunden ist, daß die Mittel ein
Meldesignal erzeugen, das abhängig ist von dem Meßwert des
variablen Signals am Eingang der Erregerspule und daß die
Mittel dem Meßwertumformer das Meldesignal zuführen. Auf diese
Weise ist der Meßwertumformer während des Meßvorgangs stets
über die Funktionsfähigkeit des Sensors im Bilde. Solange der
Sensor funktioniert, liegt das Meldesignal innerhalb eines
bestimmten Schwellenbereichs. Falls das überwachte variable
Signal am Eingang der Erregerspule jedoch infolge einer
Beschädigung stark ansteigt, erzeugen die Mittel zum Messen
des variablen Signals ein entsprechendes Meldesignal, das
außerhalb des Schwellenbereichs liegt. Der Meßwertumformer
kann auf ein solches Meldesignal, aus dem sich für ihn die
mangelnde Funktionsfähigkeit des Sensors ergibt, ohne
Zeitverzögerung entsprechend reagieren. Als Reaktion kann der
Meßwertumformer bspw. die gesamte Produktion anhalten, so daß
es gar nicht erst zu einer Produktion fehlerhafter Produkte
kommen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Meßwertumformer das
Ausgangssignal abhängig von der Größe des Meldesignals
korrigiert. Falls die Beschädigung der Windungen der Erreger-
oder Empfangsspule bzw. des Zuleitungskabels zu dem Sensor
lediglich eine geringe Verfälschung des Ausgangssignals zur
Folge hat, wird dies auch nur zu einer geringen Veränderung
des variablen Signals am Eingang der Erregerspule führen. Auf
eine solche Veränderung des variablen Signals kann der
Meßwertumformer bspw. durch eine entsprechende Korrektur des
Ausgangssignals reagieren. Dadurch kann weiterhin eine
fehlerfreie Funktion des Sensors sichergestellt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform veranlaßt der
Meßwertumformer die Ausgabe einer Meldung, falls das
Meldesignal außerhalb eines bestimmten Schwellenbereichs
liegt. Diese Meldung kann lediglich zur Information des
Produktionspersonals dienen, das dann entsprechend reagieren
kann. Die Meldung kann aber auch den Charakter einer
Alarmmeldung UREE haben, die automatisch bestimmte Reaktionen
auslöst, bspw. ein Abschalten der Produktionsanlage.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Sensor in einer bevorzugten
Ausführungsform.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer induktiv arbeitender
Sensor in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1
gekennzeichnet. Der Sensor 1 dient zum Messen der elektrischen
Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums 2. Der Sensor 1 weist
eine als Ringspule ausgebildete Erregerspule 3 auf, die von
einer Wechselspannung UErr gespeist wird. Im Inneren der
Erregerspule 3 wird ein ringförmiges magnetisches Wechselfeld
erzeugt. Auf der gleichen Achse auf der auch die Erregerspule
3 liegt, ist eine Empfangsspule 4 angeordnet, die ebenfalls
als eine Ringspule ausgebildet ist. Durch bewegliche Ionen in
dem flüssigen Medium 2 wird infolge des magnetischen
Wechselfeldes in der Erregerspule 3 ein ringförmiger Strom IMed
in dem zu messenden flüssigen Medium 2 erzeugt, der wiederum
in der Empfangsspule 4 einen Induktionsstrom IInd auslöst. Die
Stärke des Induktionsstroms IInd ist abhängig von der
Beweglichkeit und der Konzentration der Ionen und mithin von
der elektrischen Leitfähigkeit des flüssigen Mediums 2.
Der Sensor 1 weist Mittel zum Messen des Eingangsstroms IErr
auf, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 5
gekennzeichnet sind. Die Mittel 5 zum Messen des
Eingangsstroms IErr weisen einen Meßwiderstand R auf und messen
die über dem Meßwiderstand R abfallende Spannung U. Durch die
Überwachung des Eingangsstroms IErr der Erregerspule 3 können
Beschädigungen der Windungen der Erregerspule 3 oder der
Empfangsspule 4 bzw. eines Zuleitungskabels (nicht
dargestellt) des Sensors 1, die zu Kriechströmen oder
Kurzschlüssen führen, frühzeitig und zuverlässig detektiert
werden.
Es ist denkbar, dass der Sensor 1 einen Meßwertumformer (nicht
dargestellt) zur Aufnahme des Induktionsstroms IInd aufweist,
mit dem die Mittel 5 zum Messen des Eingangsstroms IErr
verbunden sind. Die Mittel 5 zum Messen des Eingangsstroms IErr
erzeugen ein Meldesignal, das abhängig ist von dem Meßwert des
Eingangsstroms IErr und das sie den Meßwertumformer zuführen.
Der Meßwertumformer kann nun beispielsweise den
Induktionsstrom IInd abhängig von der Größe des Meldesignals
korrigieren, so dass trotz einer Beschädigung des Sensors 1
eine fehlerfreie Funktion des Sensors 1 gewährleistet ist. Der
Meßwertumformer kann aber auch die Ausgabe einer Alarmmeldung
veranlassen, falls das Meldesignal außerhalb eines bestimmten
Schwellenbereiches liegt.
Claims (6)
1. Induktiv arbeitender Sensor (1) zum Messen der
elektrischen Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums (2),
mit einer mittels eines Eingangssignals gespeisten
Erregerspule (3) und einer mit dieser über das flüssige
Medium (2) gekoppelten Empfangsspule (4), die ein
Ausgangssignal (IInd) liefert, das ein Maß für die
Leitfähigkeit des flüssigen Mediums (2) ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (1) Mittel (5) zum Messen
eines veränderlichen Signals am Eingang der Erregerspule
(3) aufweist.
2. Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor (1) eine die Erregerspule (3) mit einer
Eingangsspannung (UErr) speisende Spannungsquelle
aufweist, und daß die Mittel (5) zum Messen des variablen
Signals den Eingangsstrom (IErr) am Eingang der
Erregerspule (3) abgreifen.
3. Sensor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel (5) zum Messen des Eingangsstroms (IErr) einen
Meßwiderstand (R) aufweisen und die über dem
Meßwiderstand (R) abfallende Spannung (U) messen.
4. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (1) einen Meßwertumformer
zur Aufnahme des Ausgangssignals (Ind) aufweist, der mit
den Mitteln (5) zum Messen des variablen Signals am
Eingang der Erregerspule (3) verbunden ist, daß die
Mittel (5) ein Meldesignal erzeugen, das abhängig ist von
dem Meßwert des variablen Signals am Eingang der
Erregerspule (3) und daß die Mittel (5) dem
Meßwertumformer das Meldesignal zuführen.
5. Sensor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßwertumformer das Ausgangssignal (IInd) abhängig von
der Größe des Meldesignals korrigiert.
6. Sensor (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Meßwertumformer die Ausgabe einer
Meldung veranlaßt, falls das Meldesignal außerhalb eines
bestimmten Schwellenbereichs liegt.
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