DE19948465A1 - Widely-applicable, non-contact assessment of fluids by conductivity measurement, is carried by combined coils inducing eddy current and measuring resultant field, at low frequency - Google Patents

Widely-applicable, non-contact assessment of fluids by conductivity measurement, is carried by combined coils inducing eddy current and measuring resultant field, at low frequency

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DE19948465A1 DE1999148465 DE19948465A DE19948465A1 DE 19948465 A1 DE19948465 A1 DE 19948465A1 DE 1999148465 DE1999148465 DE 1999148465 DE 19948465 A DE19948465 A DE 19948465A DE 19948465 A1 DE19948465 A1 DE 19948465A1
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Abstract

An alternating magnetic field (6) is produced in the fluid (2), This induces a current flow (7) in it. The magnetic field of the induced current opposes the applied magnetic field. The resultant (8) of these fields is measured. From the value obtained, the conductivity of the fluid is determined. An Independent claim is included for the corresponding apparatus. Preferred features: The alternating magnetic field is produced using an excitation coil (4) passing an alternating current (I). Its frequency is 1-1000 kHz and it is located outside the fluid. A measurement coil (9) is used to measure the resultant field, which is also located outside the field. In the apparatus, both coils are combined as a test coil system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit.The present invention relates to a method and a Device for non-contact measurement of electrical Conductivity of a liquid.

Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit liefert ein wichtiges Beurteilungskriterium für wässerige und nichtwässerige Lösungen. Sie ist mit hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit möglich und dadurch prädestiniert zum Einsatz als weitgehend wartungsfreie, kontinuierliche Betriebsmessung zur automatischen Analyse- und Prozesskontrolle. The measurement of the electrical conductivity of a liquid provides an important assessment criterion for aqueous and non-aqueous solutions. It is with high accuracy and Sensitivity possible and therefore predestined for use as largely maintenance-free, continuous operational measurement for automatic analysis and process control.

Ein Stoff, der in geschmolzenem Zustand oder in meist wässriger Lösung mehr oder weniger vollständig in seine Ionen zerfällt (Dissoziation), wird als Elektrolyt bezeichnet. In Elektrolyten erfolgt der Stromtransport durch Ionen. Sie können in fester (z. B. Salze) oder in gelöster Form auftreten. Nach ihrem Dissoziationsverhalten wird zwischen starken und schwachen Elektrolyten unterschieden. Starke Elektrolyte sind in der Lösung vollständig dissoziiert, d. h. in Ionen zerfallen. Zur Gruppe der starken Elektrolyte gehören alle starken Säuren und Basen (z. B. HCl, HNO3, NaOH). Bei schwachen Elektrolyten hingegen wird sich immer ein für den entsprechenden Stoff charakteristischer Gleichgewichtszustand einstellen. Dieser ist von der Konzentration des Stoffes und der Temperatur abhängig. Wasser ist z. B. ein schwacher Elektrolyt.A substance that in a molten state or in mostly aqueous solution breaks down more or less completely into its ions (dissociation) is called an electrolyte. In electrolytes, the current is transported by ions. They can occur in solid (e.g. salts) or in dissolved form. A distinction is made between strong and weak electrolytes according to their dissociation behavior. Strong electrolytes are completely dissociated in the solution, ie they disintegrate into ions. The group of strong electrolytes includes all strong acids and bases (e.g. HCl, HNO 3 , NaOH). In the case of weak electrolytes, on the other hand, a state of equilibrium that is characteristic of the substance in question will always be established. This depends on the concentration of the substance and the temperature. Water is z. B. a weak electrolyte.

Unter dem Einfluß eines Feldes werden die Ionen entsprechend ihrer elektrolytischen Überschußladung als Kationen (K+) zu einer negativen und als Anionen (A-) zu einer positiven Elektrode wandern. Die Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen bestimmt direkt die Stromstärke eines durch eine Flüssigkeit geführten elektrischen Stroms und ist ein Maß für die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit.Under the influence of a field, the ions will migrate as cations (K + ) to a negative electrode and as anions (A - ) to a positive electrode, depending on their excess electrolytic charge. The migration speed of the ions directly determines the strength of an electrical current passed through a liquid and is a measure of the electrical conductivity of the liquid.

Abhängig von der Art des gelösten Stoffes (schwache Säuren, starke Säuren, wässerige Salzlösungen und Laugen) und dem stoffspezifischen, elektrochemischen Bindungsverhalten (Wertigkeit, Ionenbeweglichkeit, Dissoziationsgrad) nimmt mit steigender Konzentration die elektrische Leitfähigkeit linear zu. Im Bereich höherer Konzentrationen nimmt jedoch bei sogenannten starken Elektrolyten (hoher Dissoziationsgrad) mit zunehmender Konzentration die Tonenbeweglichkeit ab. Dies führt zu einem nichtproportionalen Zusammenhang zwischen Konzentration und elektrolytischer Leitfähigkeit. Starke Elektrolyte, z. B. HCl, H2SO4, NaOH, HNO3, besitzen eine hohe elektrische Leitfähigkeit.Depending on the type of dissolved substance (weak acids, strong acids, aqueous salt solutions and alkalis) and the substance-specific, electrochemical bonding behavior (valence, ion mobility, degree of dissociation), the electrical conductivity increases linearly with increasing concentration. In the range of higher concentrations, however, with so-called strong electrolytes (high degree of dissociation), the mobility of the ions decreases with increasing concentration. This leads to a non-proportional relationship between concentration and electrolytic conductivity. Strong electrolytes, e.g. B. HCl, H 2 SO 4 , NaOH, HNO 3 , have a high electrical conductivity.

Ein Verfahren zur berührungslosen Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit ist als induktive Leitfähigkeitsmessung aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesem Verfahren koppelt die zu messende Flüssigkeit als flüssiger Leiter das Magnetfeld von zwei Induktionsspulen. Die an der einen Spule angelegte Wechselspannung wird proportional dem Leitwert der zu messenden Flüssigkeit auf eine zweite Spule übertragen. Dabei ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen dem Leitwert der Flüssigkeit und der Ausgangsspannung an der zweiten Spule.A method for non-contact measurement of electrical Conductivity of a liquid is called inductive Conductivity measurement known from the prior art. at this method couples the liquid to be measured as liquid conductor the magnetic field of two induction coils. the AC voltage applied to one coil becomes proportional the conductivity of the liquid to be measured to a second Transfer coil. This results in a linear relationship between the conductance of the liquid and the output voltage on the second spool.

Bei der für die induktive Leitfähigkeitsmessung verwendeten Vorrichtung müssen die beiden Spulen von der zu messenden Flüssigkeit durchströmt werden, d. h. die Spulen müssen z. B. um eine die Flüssigkeit führende Rohrleitung herum angeordnet sein. Das Anordnen und Entfernen der Spulen der Vorrichtung gestaltet sich somit sehr arbeits- und zeitaufwendig. In der Regel ist dies ohne eine Unterbrechung des Flüssigkeitsflusses nicht möglich.When used for inductive conductivity measurement The device must have the two coils from the one to be measured Liquid is flowed through, d. H. the coils must z. B. arranged around a pipeline carrying the liquid be. The placement and removal of the coils of the device is therefore very labor-intensive and time-consuming. In the This is usually done without interrupting the flow of fluid not possible.

Aus dem Bereich der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung ist seit längerem das Prinzip des Wirbelstromverfahrens bekannt. Die sog. Wirbelstromprüfung beruht auf der Tatsache, daß in elektrisch leitenden Werkstoffen durch magnetische Wechselfelder elektrische Ströme induziert werden. Diese Ströme werden als Wirbelströme bezeichnet. Zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes wird eine wechselstromdurchflossene Erregerspule verwendet. Eine Meßspule detektiert das resultierende magnetische Feld. Wirbelstromprüfungen werden zum Nachweis von Werkstoffinhomogenitäten (z. B. Risse), zur Dickenbestimmung und zur Kontrolle von Werkstoffeigenschaften (Vergleichsprüfung) eingesetzt.From the area of non-destructive testing of materials the principle of the eddy current process has been known for a long time. The so-called eddy current test is based on the fact that in electrically conductive materials through magnetic Alternating fields electric currents are induced. These Currents are called eddy currents. To generate the magnetic alternating field is an alternating current flowing through it Excitation coil used. A measuring coil detects this resulting magnetic field. Eddy current tests are for the detection of material inhomogeneities (e.g. cracks), for Determination of thickness and control of material properties (Comparison test) used.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, daß die Leitfähigkeit einer Flüssigkeit auf einfache Weise, schnell und zuverlässig gemessen werden kann.It is the object of the present invention to provide a method and a device of the type mentioned at the outset to this effect design and develop that the conductivity of a Liquid in a simple way, quickly and reliably can be measured.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß
To solve this problem, the invention proposes, based on the method of the type mentioned at the outset, that

  • - ein magnetisches Wechselfeld in der Flüssigkeit erzeugt wird, - an alternating magnetic field is generated in the liquid will,
  • - in der Flüssigkeit aufgrund des magnetischen Wechselfeldes elektrische Ströme induziert werden, deren Magnetfeld dem magnetischen Wechselfeld entgegen gerichtet ist,- in the liquid due to the magnetic Alternating field electrical currents are induced whose Magnetic field against the alternating magnetic field is directed,
  • - das aus dem magnetischen Wechselfeld und dem Magnetfeld der Ströme resultierende Magnetfeld gemessen wird, und- that from the magnetic alternating field and the magnetic field the magnetic field resulting from the currents is measured, and
  • - aus dem gemessenen resultierenden Magnetfeld die Leitfähigkeit der Flüssigkeit ermittelt wird.- from the measured resulting magnetic field the Conductivity of the liquid is determined.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur berührungslosen Messung der Leitfähigkeit einer Flüssigkeit beruht auf dem Prinzip des Wirbelstromverfahrens. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass dieses aus anderen Bereichen bekannte Prinzip in besonders vorteilhafter Weise zur Messung der Leitfähigkeit einer Flüssigkeit eingesetzt werden kann.The inventive method for contactless measurement of the Conductivity of a liquid is based on the principle of Eddy current process. According to the invention it has been recognized that this principle, known from other areas, is used in particularly advantageous for measuring conductivity a liquid can be used.

Das gemessene resultierende Magnetfeld ist ein Maß für die Leitfähigkeit der gemessenen Flüssigkeit. Es hängt außer von der Leitfähigkeit der gemessenen Flüssigkeit noch von einer ganzen Reihe weiterer Parameter ab. Diese Parameter sind bspw. die Stärke und Frequenz des in der zu messenden Flüssigkeit erzeugten magnetischen Wechselfelds, die Geometrie der Spulen und die Anordnung der Spulen zueinander und relativ zu der zu messenden Flüssigkeit. Die weiteren Parameter sind in der Regel bekannt und müssen bei der Ermittlung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit aus dem gemessenen resultierenden Magnetfeld berücksichtigt werden. The measured resulting magnetic field is a measure of the Conductivity of the measured liquid. It depends except on the conductivity of the measured liquid is still another a whole range of other parameters. These parameters are, for example. the strength and frequency of the in the liquid to be measured generated magnetic alternating field, the geometry of the coils and the arrangement of the coils to one another and relative to the measuring liquid. The other parameters are in the Usually known and must be used when determining conductivity of the liquid from the measured resulting magnetic field must be taken into account.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß das magnetische Wechselfeld durch eine wechselstromdurchflossene Erregerspule erzeugt wird. Die Erregerspule wird vorzugsweise von einem Wechselstrom mit einer Frequenz im Bereich von 1 bis 1000 kHz durchflossen. Die Eindringtiefe des in der Flüssigkeit erzeugten magnetischen Wechselfeldes ist u. a. abhängig von der Frequenz des die Erregerspule durchfließenden Wechselstroms. Bei einer in dem vorgeschlagenen Bereich gewählten Frequenz ist die Eindringtiefe in der Regel ausreichend groß, damit das resultierende Magnetfeld eine genaue und zuverlässige Ermittlung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit erlaubt. Die Eindringtiefe ist dann ausreichend groß, wenn das in der Flüssigkeit durch den induzierten Wirbelstrom erzeugte Magnetfeld betragsmäßig so groß ist, daß es zuverlässig und genau gemessen werden kann.According to an advantageous development of the present Invention it is proposed that the alternating magnetic field generated by an excitation coil through which alternating current flows will. The excitation coil is preferably from a Alternating current with a frequency in the range from 1 to 1000 kHz flowed through. The depth of penetration in the liquid generated magnetic alternating field is inter alia. depending on the frequency of the flowing through the excitation coil Alternating current. With one in the suggested range The chosen frequency is usually the depth of penetration sufficiently large that the resulting magnetic field has a accurate and reliable determination of the conductivity of the Liquid allowed. The penetration depth is then sufficient great if that is induced in the liquid by the Eddy current generated magnetic field is so large in magnitude that it can be measured reliably and accurately.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Erregerspule außerhalb der Flüssigkeit angeordnet wird. Wenn die zu messende Flüssigkeit bspw. in einer Rohrleitung fließt, kann die Erregerspule einfach von außen an der Rohrleitung angeordnet werden. Dann muß die Schwächung des magnetischen Wechselfeldes durch die Rohrleitung bei der Leitfähigkeitsmessung berücksichtigt werden. According to a preferred embodiment of the invention suggested that the excitation coil be outside the liquid is arranged. If the liquid to be measured, for example a pipe flows, the excitation coil can simply be from be arranged on the outside of the pipeline. Then she has to Weakening of the alternating magnetic field by the Pipeline taken into account in the conductivity measurement will.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das resultierende Magnetfeld durch eine Meßspule gemessen wird. Die Meßspule wird vorzugsweise ebenfalls außerhalb der Flüssigkeit angeordnet. Wenn die zu messende Flüssigkeit in einer Rohrleitung fließt und die Meßspule außerhalb der Rohrleitung angeordnet ist, muß die. Schwächung des resultierenden Magnetfeldes durch die Rohrleitung bei der Messung berücksichtigt werden.According to an advantageous development of the invention suggested that the resulting magnetic field by a Measuring coil is measured. The measuring coil is preferred also arranged outside the liquid. If the to measuring liquid flows in a pipeline and the Measuring coil is arranged outside the pipeline, the. Weakening of the resulting magnetic field by the Pipeline must be taken into account in the measurement.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch
The object of the present invention is also achieved by a device of the type mentioned at the beginning, which is characterized by

  • - erste Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds in der Flüssigkeit,- first means of generating a magnetic Alternating field in the liquid,
  • - zweite Mittel zur Messung eines aus dem magnetischen Wechselfeld und dem Magnetfeld von elektrischen Strömen, die in der Flüssigkeit aufgrund des magnetischen Wechselfeldes induziert werden und deren Magnetfeld dem magnetischen Wechselfeld entgegen gerichtet ist, resultierenden Magnetfelds, und- second means for measuring one of the magnetic Alternating field and the magnetic field of electrical currents, those in the liquid due to the magnetic Alternating field are induced and their magnetic field dem magnetic alternating field is directed in the opposite direction, resulting magnetic field, and
  • - dritte Mittel zur Ermittlung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit aus dem gemessenen resultierenden Magnetfeld.- Third means of determining the conductivity of the Liquid from the measured resulting magnetic field.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die ersten Mittel eine wechselstromdurchflossene Erregerspule umfassen. Es wird des weiteren vorgeschlagen, daß die zweiten Mittel eine Meßspule umfassen.According to an advantageous development of the invention suggested that the first means one Include excitation coil through which alternating current flows. It will be the further proposed that the second means a measuring coil include.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Erregerspule und die Meßspule zu einem Testspulensystem zusammengefaßt. Dieses Testspulensystem kann besonders kleinbauend ausgebildet werden, da die Erregerspule und die Meßspule auch ineinander verschachtelt angeordnet werden können. Außerdem kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem solchen Testspulensystem besonders einfach gehandhabt werden. Bei getrennt voneinander angeordneten Erregerspulen und Meßspulen müssen beide Spulen vor dem Betrieb der Vorrichtung relativ zu der zu messenden Flüssigkeit positioniert und ausgerichtet werden. In einem Testspulensystem sind die Erregerspule und die Meßspule bereits relativ zueinander positioniert und ausgerichtet. Es muß nur noch das Testspulensystem relativ zu der zu messenden Flüssigkeit positioniert und ausgerichtet werden.According to a preferred embodiment of the invention, the Excitation coil and the measuring coil to form a test coil system summarized. This test coil system can especially be made small, since the excitation coil and the Measuring coil can also be arranged nested in one another can. In addition, a device according to the invention with such a test coil system handled particularly easily will. With excitation coils arranged separately from one another and measuring coils must both coils before operating the Device relative to the liquid to be measured positioned and aligned. In one The test coil system is the excitation coil and the measuring coil already positioned and aligned relative to each other. It the test coil system only needs to be relative to the one to be measured Liquid can be positioned and aligned.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 7 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des beanspruchten Verfahrens erläutert. in der Zeichnung zeigt:There are now different ways of teaching the present invention in an advantageous manner and further training. For this, on the one hand, the Claims 1 and 7 subordinate claims and on the other hand to the following explanation of a Embodiment of the invention with reference to the drawings refer. In connection with the explanation of the preferred Embodiment of the invention will be based on the drawing also generally preferred embodiments and Explained developments of the claimed method. in the Drawing shows:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Fig. 1 shows an inventive device according to a preferred embodiment.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die Vorrichtung 1 ist durch eine gestrichelte Linie eingefaßt. Die Vorrichtung 1 dient zur berührungslosen Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit 2. Die Flüssigkeit 2 fließt in einer Rohrleitung an der Vorrichtung 1 vorbei. Von der Rohrleitung ist lediglich eine Wand 3 dargestellt.In FIG. 1, a device according to the invention is identified in its entirety with the reference number 1 . The device 1 is surrounded by a dashed line. The device 1 is used for the contactless measurement of the electrical conductivity of a liquid 2 . The liquid 2 flows past the device 1 in a pipeline. Only one wall 3 of the pipeline is shown.

Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit 2 liefert ein wichtiges Beurteilungskriterium für wässerige und nichtwässerige Lösungen. Die nachfolgende Aufstellung gibt einen Überblick über die im technischen Bereich häufig vorkommenden Medien, bezogen auf 25°C Betriebstemperatur:
The measurement of the electrical conductivity of a liquid 2 provides an important assessment criterion for aqueous and non-aqueous solutions. The following list gives an overview of the media frequently occurring in the technical area, based on an operating temperature of 25 ° C:

ultrareines Wasserultra pure water 0,05-0,1 µS/cm0.05-0.1 µS / cm Wasser aus IonentauscherWater from ion exchanger bis 5 µS/cmup to 5 µS / cm destilliertes Wasserdistilled water bis 20 µS/cmup to 20 µS / cm Trink-, GrundwasserDrinking water, ground water 250-800 µS/cm250-800 µS / cm Fluß-, SeewasserRiver, lake water bis 2 mS/cmup to 2 mS / cm Bier, Wein, MilchBeer, wine, milk 1-5 mS/cm1-5 mS / cm Reinigungsmittel für die NahrungsmittelindustrieDetergents for the food industry 20-200 mS/cm20-200 mS / cm Säuren und LaugenAcids and alkalis 1-1000 mS/cm1-1000 mS / cm

Die elektrische Leitfähigkeit ist nicht nur von Art und Konzentration einer Lösung abhängig, sondern auch von der Temperatur. Das Temperaturverhalten einer Elektrolytlösung wird durch ihren Temperaturkoeffizienten ausgedrückt. Für kontinuierliche Betriebsmessung ist also eine automatische Temperaturkompensation erforderlich.The electrical conductivity is not only of type and Concentration of a solution depends, but also on the Temperature. The temperature behavior of an electrolyte solution is expressed by its temperature coefficient. For continuous operational measurement is therefore an automatic one Temperature compensation required.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wird bspw. bei der Abwasserreinigung eingesetzt, um anhand der Leitfähigkeit von gereinigten Abwässern deren tatsächlichen Reinheitsgrad festzustellen. Die Vorrichtung 1 weist eine Erregerspule 4 auf, die über zwei Anschlußkontakte 5 an eine Stromquelle (nicht dargestellt) anschließbar ist. Durch die Stromquelle wird die Erregerspule 4 mit einem Wechselstrom I beaufschlagt. Aufgrund des Wechselstroms I wird die Erregerspule 4 von einem magnetischen Wechselfeld 6 durchsetzt, das sich bis in die Flüssigkeit 2 erstreckt.The device 1 according to the invention is used, for example, in wastewater purification in order to determine its actual degree of purity on the basis of the conductivity of purified wastewater. The device 1 has an excitation coil 4 which can be connected to a power source (not shown) via two connection contacts 5. An alternating current I is applied to the excitation coil 4 by the current source. Due to the alternating current I, the excitation coil 4 is penetrated by a magnetic alternating field 6 which extends into the liquid 2 .

In elektrisch leitenden Flüssigkeiten 2 werden durch magnetische Wechselfelder 6 elektrische Ströme 7 induziert. Diese Ströme 7 werden als Wirbelströme bezeichnet. Die Ströme 7 erzeugen ihrerseits ein Magnetfeld in der Flüssigkeit 2, das dem magnetischen Wechselfeld 6 entgegen gerichtet ist. Je besser die Leitfähigkeit einer Flüssigkeit 2 ist, desto größer ist der Betrag des Magnetfelds, das aufgrund der Ströme 7 in der Flüssigkeit 2 erzeugt wird. Aus dem magnetischen Wechselfeld 6 und dem Magnetfeld der Ströme 7 ergibt sich ein resultierendes Magnetfeld 8, das ein zuverlässiges und genaues Maß für die Leitfähigkeit der zu messenden Flüssigkeit 2 darstellt. Die Betragsdifferenz des resultierenden Magnetfelds 8 zu dem magnetischen Wechselfeld 6 ist umso größer desto besser die Leitfähigkeit der zu messenden Flüssigkeit 2 ist.In electrically conductive liquids 2 , electric currents 7 are induced by alternating magnetic fields 6. These currents 7 are referred to as eddy currents. The currents 7 in turn generate a magnetic field in the liquid 2 which is directed in the opposite direction to the alternating magnetic field 6. The better the conductivity of a liquid 2 , the greater the magnitude of the magnetic field that is generated in the liquid 2 due to the currents 7. The magnetic alternating field 6 and the magnetic field of the currents 7 result in a resulting magnetic field 8 which represents a reliable and precise measure of the conductivity of the liquid 2 to be measured. The difference in amount between the resulting magnetic field 8 and the alternating magnetic field 6 is greater, the better the conductivity of the liquid 2 to be measured.

Eine Meßspule 9 der Vorrichtung 1 detektiert das resultierende Magnetfeld 8. An der Meßspule 9 wird über Abgriffkontakte 10 eine Spannung U abgegriffen, die proportional dem resultierenden Magnetfeld 8 ist. An die Abgriffkontakte 10 kann entweder unmittelbar oder über einen Meßumformer (nicht dargestellt) eine Auswerteeinrichtung (nicht dargestellt) angeschlossen werden, die aus der Spannung U oder aus einer zu dieser proportionalen Größe die Leitfähigkeit der Flüssigkeit 2 ermittelt.A measuring coil 9 of the device 1 detects the resulting magnetic field 8 . A voltage U, which is proportional to the resulting magnetic field 8, is tapped off at the measuring coil 9 via tapping contacts 10. An evaluation device (not shown), which determines the conductivity of the liquid 2 from the voltage U or from a variable proportional to this, can be connected to the tap contacts 10 either directly or via a measuring transducer (not shown).

Das gemessene resultierende Magnetfeld 8 ist ein Maß für die Leitfähigkeit der gemessenen Flüssigkeit 2. Das resultierende Magnetfeld 8 hängt außer von der Leitfähigkeit der gemessenen Flüssigkeit 2 noch von einer ganzen Reihe weiterer Parameter ab. Diese Parameter sind bspw. die Stärke und die Frequenz des in der zu messenden Flüssigkeit 2 erzeugten magnetischen Wechselfelds 6, die Geometrie der Spulen 4, 9 und die Anordnung der Spulen 4, 9 zueinander und relativ zu der zu messenden Flüssigkeit 2. Da diese Parameter in der Regel bekannt sind, kann aus dem gemessenen resultierenden Magnetfeld 8 ohne weiteres die Leitfähigkeit der Flüssigkeit 2 ermittelt werden.The measured resulting magnetic field 8 is a measure of the conductivity of the measured liquid 2 . In addition to the conductivity of the measured liquid 2 , the resulting magnetic field 8 also depends on a number of other parameters. These parameters are, for example, the strength and frequency of the alternating magnetic field 6 generated in the liquid 2 to be measured, the geometry of the coils 4 , 9 and the arrangement of the coils 4 , 9 with respect to one another and relative to the liquid 2 to be measured. Since these parameters are generally known, the conductivity of the liquid 2 can easily be determined from the measured resulting magnetic field 8.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind die Erregerspule 4 und die Meßspule 9 zu einem Testspulensystem zusammengefaßt. Das Testspulensystem ist im Vergleich zu einzeln angeordneten Spulen 4, 9 platzsparender und besser handhabbar.In the device 1 according to the invention, the excitation coil 4 and the measuring coil 9 are combined to form a test coil system. The test coil system is more space-saving and easier to handle than individually arranged coils 4 , 9.

Claims (10)

1. Verfahren zur berührungslosen Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit (2), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - ein magnetisches Wechselfeld (6) in der Flüssigkeit (2) erzeugt wird,
  • - in der Flüssigkeit (2) aufgrund des magnetischen Wechselfeldes (6) elektrische Ströme (7) induziert werden, deren Magnetfeld dem magnetischen Wechselfeld (6) entgegen gerichtet ist,
  • - das aus dem magnetischen Wechselfeld (6) und dem Magnetfeld der Ströme (7) resultierende Magnetfeld (8) gemessen wird, und
  • - aus dem gemessenen resultierenden Magnetfeld (8) die Leitfähigkeit der Flüssigkeit (2) ermittelt wird.
1. A method for the non-contact measurement of the electrical conductivity of a liquid ( 2 ), characterized in that
  • - an alternating magnetic field ( 6 ) is generated in the liquid ( 2),
  • - Electric currents ( 7 ) are induced in the liquid ( 2 ) due to the magnetic alternating field ( 6 ), the magnetic field of which is directed opposite to the magnetic alternating field (6),
  • - The magnetic field ( 8 ) resulting from the magnetic alternating field ( 6 ) and the magnetic field of the currents ( 7 ) is measured, and
  • - The conductivity of the liquid ( 2 ) is determined from the resulting magnetic field ( 8) measured.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Wechselfeld (6) durch eine wechselstromdurchflossene Erregerspule (4) erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic alternating field ( 6 ) is generated by an alternating current-carrying excitation coil ( 4 ). 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (4) von einem Wechselstrom (I) mit einer Frequenz im Bereich von 1 bis 1000 kHz durchflossen wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the excitation coil ( 4 ) is traversed by an alternating current (I) with a frequency in the range from 1 to 1000 kHz. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (4) außerhalb der Flüssigkeit (2) angeordnet wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the excitation coil ( 4 ) is arranged outside the liquid ( 2 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende Magnetfeld (8) durch eine Meßspule (9) gemessen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the resulting magnetic field ( 8 ) is measured by a measuring coil ( 9 ). 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (9) außerhalb der Flüssigkeit (2) angeordnet wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the measuring coil ( 9 ) is arranged outside the liquid ( 2 ). 7. Vorrichtung (1) zur berührungslosen Messung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit (2), gekennzeichnet durch
  • - erste Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds (6) in der Flüssigkeit (2),
  • - zweite Mittel zur Messung eines aus dem magnetischen Wechselfeld (6) und dem Magnetfeld von elektrischen Strömen (7), die in der Flüssigkeit (2) aufgrund des magnetischen Wechselfeldes (6) induziert werden und deren Magnetfeld dem magnetischen Wechselfeld (6) entgegen gerichtet ist, resultierenden Magnetfelds (8), und
  • - dritte Mittel zur Ermittlung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit (2) aus dem gemessenen resultierenden Magnetfeld (8).
7. Device ( 1 ) for non-contact measurement of the electrical conductivity of a liquid ( 2 ), characterized by
  • - first means for generating an alternating magnetic field ( 6 ) in the liquid ( 2 ),
  • - Second means for measuring one of the magnetic alternating field ( 6 ) and the magnetic field of electrical currents ( 7 ) which are induced in the liquid ( 2 ) due to the magnetic alternating field ( 6 ) and whose magnetic field is directed against the magnetic alternating field (6) is, resulting magnetic field ( 8 ), and
  • - Third means for determining the conductivity of the liquid ( 2 ) from the measured resulting magnetic field ( 8 ).
 8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel eine wechselstromdurchflossene Erregerspule (4) umfassen.8. Device ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the first means comprise an excitation coil (4) through which an alternating current flows. 9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel eine Meßspule (9) umfassen.9. Device ( 1 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the second means comprise a measuring coil (9 ). 10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (4) und die Meßspule (9) zu einem Testspulensystem zusammengefaßt sind.10. Device ( 1 ) according to claim 8 and 9, characterized in that the excitation coil ( 4 ) and the measuring coil ( 9 ) are combined to form a test coil system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7977099B2 (en) 2007-08-15 2011-07-12 Hanna Instruments, Inc. Method for alcohol content determination
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EP2989490A4 (en) * 2013-08-05 2017-04-26 Halliburton Energy Services, Inc. Measuring fluid conductivity

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