DE19944932A1

DE19944932A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration und der Zusammensetzung von Lösungen

Info

Publication number: DE19944932A1
Application number: DE19944932A
Authority: DE
Inventors: Olaf Kiesewetter
Original assignee: UST Umweltsensortechnik GmbH
Current assignee: UST Umweltsensortechnik GmbH
Priority date: 1998-09-23
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: DE19944932B4

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die einfach zu handhaben und unempfindlich gegen Verschmutzung ist sowie über einen ausreichenden Signalhub verfügt. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß in einem begrenzten Raum, zu dem der Flüssigkeitsaustausch mit der zu untersuchenden Flüssigkeit (1) erschwert ist, die Dielektrizitätskonstante der Lösung an einer Grenzfläche durch Verändern der Grenzflächentemperatur variiert wird, wobei an einer sprunghaften Veränderung der Dielektrizitätskonstante die Temperatur des Gefrierpunktes erkannt und die zugehörige Temperatur ermittelt wird und aus dieser Temperatur die Konzentration der Lösung bestimmt wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration und der Zusammensetzung von Lösungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration und der Zusammensetzung von Lösungen.

In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, die Zusammensetzung von Lösungen zu ermitteln. So ist z. B. erforderlich, den Zuckergehalt in Most und Wein, den Alkoholgehalt im Bier und Spirituosen oder die Zusam mensetzung der Kühlflüssigkeit im Motor von Fahrzeugen und des Wischwassers zu bestimmen, um den Gefrierpunkt dieser Flüssigkeiten zu überwachen.

Im Stand der Technik sind physikalische Verfahren bekannt, bei denen aus der Verschiebung des Brechungsindex an Grenzflächen oder in Lösungen Aussagen zur Konzentration der Lösungen getroffen werden können. Diese Verfahren weisen im allgemeinen den Nachteil auf, daß die Temperatur in starkem Maße das Meßergebnis beeinflußt. Ebenso ist es kompliziert, die Konzentration von Gemischen zu bestimmen, die aus mehr als zwei Stoffen bestehen.

Die zur Messung benötigten Vorrichtungen erfordern oft kostenaufwendige optische Bauteile und müssen aufwendig justiert und gewartet werden.

Mit den Bekannten Verfahren sind deshalb preiswerte Meßgeräte nicht herstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrich tung der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach zu handhaben und unempfindlich gegen Verschmutzung ist sowie über einen ausreichenden Signalhub verfügt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 3 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung nutzt die Veränderung der Dielektrizitätskonstante beim Übergang einer wässrigen Lösung in den festen Aggregatzustand zur Gewinnung von Aussagen zur Konzentration der Lösung. Da die relative Dielektrizitätskonstante von Wasser einen Wert von ca. 80 erreicht und dieser Wert bei Eis in der Nähe von 1 liegt, ändert ein Streufeldkondensator seine Kapazität stark, wenn die über den Kondensator befindliche Wasser schicht zu Eis erstarrt.

Dieser Effekt tritt auch dann auf, wenn an Stelle von Wasser ein Gemisch von verschiedenen Flüssigkeiten vorliegt. Der Gefrierpunkt dieser Gemische ist einerseits stark temperaturabhängig und stellt andererseits ein Maß für die Zusammensetzung der Flüssigkeit dar.

Um ein Vermischen des Meßmediums mit der Gesamtflüssigkeit beim Heizen und Abkühlen zu verhindern, sind Mischungsbarrieren zwischen Meßmedium und umgebender Flüssigkeit angebracht.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Meßanordnung und

Fig. 3 die Anordnung eines Streufeldkondensators.

Fig. 1 erläutert die Anwendung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung an einem Flüssigkeitsbehälter. Die Meßvorrichtung wird hierzu mit dem unteren Teil des Gehäuses 2 in die zu untersuchende Flüssigkeit 1 getaucht.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Meßanordnung in einem Gehäuse 2 angeordnet, welches teilweise in die zu untersuchende Flüssigkeit 1 getaucht wird. Im einzutauchendem Bereich des Gehäuses 2 befindet sich ein Meßraum 3, der mit einer Trennwand von der übrigen Flüssigkeit 1 getrennt ist. Am Boden des Gehäuses 2 sind kleine Bohrungen 4 angebracht, die nur einen langsamen Austausch der Flüssigkeit im Meßraum mit der übrigen, das Gehäuse umgebenden Flüssigkeit 1, gestatten. Im oberen Bereich des Meßraums 3 ist ein Meßelement 11 mit einem Streufeldkondensator angeordnet ist, der über ein Kupferbauelement 5 mit einer Temperiereinrich tung verbunden ist. Die Temperiereinrichtung enthält sowohl Mittel zum Heizen als auch zum Kühlen. Im dargestellten Fall ist ein mit einem Kühlkör per 7 verbundenes Peltierelement 6 angebracht.

In Fig. 3 ist das Meßelement 11 dargestellt. Vorteilhafterweise ist der Streufeldkondensator als Interdigitalkondensator ausgebildet ist, wobei sich zwischen den Elektroden 9 eine als Meßwiderstand zur Temperaturmessung ausgebildete weitere Elektrode befindet. Auf den Elektroden 10 ist eine Isolationsschicht 10 angebracht.

Um den Temperaturaustausch zwischen Meßraum und umgebender Flüssig keit 1, der das Meßergebnis verfälschen würde, zu erschweren, kann das Gehäuse 2 mit einer hier nicht dargestellten thermisch isolierenden Schicht ausgekleidet werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Flüssigkeit

2

Gehäuse

3

Meßraum

4

Bohrungen

5

Kupferbauelement

6

Peltierelement

7

Kühlkörper

8

Substrat

9

Elektroden

10

Isolierschicht

Claims

1. Verfahren zur Konzentrationsbestimmung in Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem begrenztem Raum, zu dem der Flüssigkeits austausch mit der zu untersuchenden Flüssigkeit (1) erschwert ist, die Dielektrizitätskonstante der Lösung an einer Grenzfläche durch Verändern der Grenzflächentemperatur variiert wird, wobei an einer sprunghaften Veränderung der Dielektrizitätskonstante die Temperatur des Gefrierpunktes erkannt und die zugehörige Temperatur ermittelt wird und aus dieser Temperatur die Konzentration der Lösung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempera tur um den Gefrierpunkt pendelt, um eine dynamische Auswertung zu ermöglichen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem Gehäuse (2), welches teilweise in die zu untersuchende Flüssigkeit (1) getaucht wird, im einzutauchendem Bereich ein Meßraum (3) befindet, der mit einer Trennwand von der übrigen Flüssigkeit getrennt ist, welche mit Öffnungen (4) versehen ist, die nur einen langsamen Austausch der Flüssigkeit (1) im Meßraum mit der übrigen, das Gehäuse umgebenden Flüssigkeit (1) gestatten und in dem ein Streufeldkon densator angeordnet ist, der mit einer Temperiereinrichtung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Streu feldkondensator mit einer Isolationsschicht (10) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperiereinrichtung sowohl Mittel zum Heizen als auch zum Kühlen enthält.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Streufeldkondensator als Interdigitalkondensator ausgebildet ist und zwischen den Elektroden (9) eine als Meßwiderstand zur Temperaturmessung ausgebildete weitere Elektrode angebracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) mit einer thermisch isolierenden Schicht ausgekleidet ist.