DE2025594C3 - Elektrode zur induktiven Strömungsmessung, zum Messen von Wechselspannungen in einem freien Elektrolyten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode zur induktiven Strömungsmessung, zum Messen von Wechselspannungen in einem freien Elektrolyten, mit einem elektrisch leitenden Teil, der mit dem Elektrolyten in elektrisch leitender Verbindung steht.

Bei der induktiven Strömungsmessung wird in einem freien Elektrolyten ein Wechselmagnetfeld erzeugt und es werden die zwischen zwei Elektroden auftretenden Wechselspannungen gemessen, deren Größe ein Maß für die zu messende Strömungsgeschwindigkeit bildet.

Zur Erzielung richtiger Meßergebnisse ist die Beschaffenheit und Umgebung der Elektrodenoberfläche von großer Bedeutung. Eine Verfälschung der Meßergebnisse entsteht hauptsächlich durch Inhomogenitäten der Eleklroderoberfläche, wodurch Potentialdifferenzen zwischen verschiedenen Teilen der Elektrodenoberfläche entstehen. Dies führt zu verschiedenen Stromdichten an der Oberfläche der Elektrode, was in Wechselwirkung mit der Strömung des Elektrolyten, die häufig Turbulenzen aufweist, zu beträchtlichen Störspannungen Anlaß gibt. Diese Slörspannuiigen werden noch größer, wenn, insbesondere durch Muschelbc wuchs, die Umgebung der Elektrode bzw. deren Form hierdurch beträchtlich geändert wird.

Zur Durchführung derartiger Spannungsmessungen ist es bekannt, reine Stahlelektroden zu verwenden. Diese haben zwar den Vorteil einer sehr geringen Korrosion, doch ergeben die nebeneinanderliegenden

■ Kristalle verschiedener Zusammensetzung und Orientierung der Kristalloberflächen an der Elektrodenoberfläche eine Verfälschung des auftretenden Potentials. Besonders störend wirkt sich bei dieser Elektrode der Bewuchs von Muscheln aus.

Zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in Röhren sind auch schon Silberelektroden vorgeschlagen worden.

Zum Messen der Leitfähigkeit von elektrisch leitenden Flüssigkeiten ist es bekannt (US-PS 33 76 501), wenigstens zwei Elektroden innerhalb eines mit einer perforierten Wand versehenen isolierenden Gehäuses vorzusehen und dieses Gehäuse in den Elektrolyten einzutauchen. Durch Anlegen einer Spannung an die beiden Elektroden kann der zwischen diesen fließende ' Strom gemessen und damit die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten bestimmt werden. Für eine solche Messung sind etwaige Spannungsunregelmäßigkeiten an der perforierten Wand jedoch ohne Einfluß auf die Messung, da kein Strom durch die perforierte Wand

■ fließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode zur induktiven Strömungsmessung, zum Messen von Wechselspannungen in einem freien Elektrolyten, z. B. Seewasser, zu schaffen, bei der keine

■ Störspannungen auftreten und die auch über einen längeren Zeitraum, z. B. über ein Jahr, benutzt werden kann, ohne daß Störungen auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Elektrode der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei der in an ■ sich bekannter Weise der leitende Teil in einem einen Elektrolyten einschließenden Raum vorgesehen ist, der wenigstens eine perforierte Wand aufweist, die eine Verbindung zwischen dem freien Elektrolyten und dem Elektrolyten in dem Raum herstellt, mit der Besonderheit, daß der in dem Raum befindliche Elektrolyt Kupferionen enthält und daß innerhalb des genannten Raumes Mittel zur Strömungsbehinderung vorhanden sind.

Das Vorhandensein von Kupferionen in dem durch eine perforierte Wand begrenzten Raum, läßt diese auch in den angrenzenden freien Elektrolyten austreten, wodurch sich an der perforierten Wand auch über einen längeren Zeitraum praktisch kein Muschelbewuchs bildet. Andererseits führen geringe Ungleichförmigkeiten der Spannung an dem in dem Raum befindlichen elektrisch leitenden Teil zu keinerlei Störspannungen, da der in dem Raum befindliche Elektrolyt praktisch keine Strömungsbewegung ausführt, wobei auftretende Spannungsdifferenzen infolge des gemeinsamen Stromaustrittes aus der Perforation der Platte sich an der Platte völlig ausgleichen.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die sich in der Praxis sehr gut bewährt hat und die auch einfach herzustellen ist, besteht darin, daß der in dem genannten <■■ Raum vorgesehene Leiterteil aus einem dünnen, langgestreckten, Kupfer enthaltenden Draht besteht, der in einer regelmäßigen oder unregelmäßigen Anordnung in dem genannten Raum vorgesehen ist, wobei dieser Draht von einer vielfach durchbrochenen Isolierung umgeben ist.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, mit der ebenfalls gute Ergebnisse erzielt wurden, besteht darin, daß der in dem Raum befindliche Elektrolyt eine

Struktur aufweist, die aus vielen dümien Durchgängen zwischen dem Leiter und dem freien Elektrolyten besteht

Der Leiter kann bevorzugt aus Kupfer, insbesondere einer Kupferlitze bestehen. Dadurch sind Kupferionen in dem in dem genannten Raum vorhandenen Elektrolyten anwesend, wobei zu erwähnen ist, daß elektrolytisches Kupfer selbst ein sehr konstantes Potential zwischen den einzelnen Flächenelementen aufweist

Nach einer weiteren Verbesserung der Erfindung, kann eine die Viskosität vergrößernde Substanz dem in dem Raum vorhandenen Elektrolyten hinzugefügt werden, durch die der Flüssigkeitsaustausch zwischen dem in dem Raum vorhandenen und dem freien Elektrolyten noch weiter begrenzt wird.

Jm folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung noch näher erläutert, in der eine Ausführungsform der Erfindung im Schnitt dargestellt ist

In der Figur ist 2 eine Vertiefung in einem festen Körper 1. In der Vertiefung 2 befindet sich ein sehr dünner Kupferdraht 3, der mit einer durchlässigen Isolierung 4, z. B. in Form einer dünnen Baumwollumspinnung oder einer perforierten isolierenden Hülle versehen ist und der in beliebiger Weise in die Vertiefung 2 eingelegt ist Der Leiter des Drahtes 3 bildet die Verbindung zur Elektrode des Meßgerätes. Die Vertiefung 2 wird von einer perforierten Platte 6 aus einem elektrochemisch inaktivem Material abgedeckt. Da der Draht mehrfach in einer regelmäßigen oder unregelmäßigen Form zusammengelegt ist, wird die Bewegung der elektrisch leitenden Flüssigkeit in der Vertiefung 2 in beträchtlichem Maße gehemmt Zunächst findet eine sehr starke Hemmung der Bewegung durch die perforierte, isolierende Abdeckung statt und zum andern hemmt der beliebig zusammengefaltete Draht Bewegungen der Flüssigkeit in dem Zwischenraum zwischen den benachbarten Teilen des Drahtes. Aus diesem Grunde bildet die Flüssigkeit in der Vertiefung 2 einen verhältnismäßig unbeweglichen elektrolytischen Körper.

Tritt nun ein elektrisches Feld in dem elektrolytischen Körper auf, dessen Spannung mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Meßeinrichtung gemessen werden soll, die mit dem Leiter 5 des Drahtes verbunden ist, so besteht die Möglichkeit, daß z. B. durch geringe Ungleichförmigkeiten des in der Vertiefung 2 befindlichen Drahtes des Leiters 5 die Spannungen z. B. in den Punkten 8 und 9 nicht miteinanderübereinstimmen. Dann sind auch verschiedene Stromdichten in den Punkten 8 und 9 vorhanden. Da jedoch die elektrolytische Masse an diesen Punkten kaum eine Strömungsbewegung ausführt, kann dieser Unterschied in der Stromdichte kaum Spannungsschwankungeu hervorrufen. Indessen werden Spannungsschwankungen, wenn solche überhaupt auftreten, bei Annäherung an die Platte 6 immer kleinen und zwar auf Grund des gemeinsamen Stromaustrittes und sie werden unmittelbar an der Perforation 7 in der Platte 6 praktisch zu Null. Da sich das Kupfer des Leiters 5 in dem elektrolytischen Körper innerhalb der Vertiefung 2 allmählich auflöst herrscht in der Vertiefung eine relativ hohe Kupferionenkonzentratiou, wobei diese Konzentration in Richtung auf die perforierte Platte 6 etwas abnimmt Durch diese hohe Kupferionenkonzentration wird eine Umgebung erzeugt in der Muschelbewuchs nicht gedeihen kann. Ein Muschelbewuchs, falls er ' überhaupt auftreten sollten, findet an der Außenseite der Platte 6 tatsächlich in einem viel geringeren Maße statt wobei einzelne Muscheln an dieser Stelle das Meßresultat solange nicht beeinflussen, bis nicht das ganze Gitter überwachsen ist Andererseits bildet der ■ Muschelbewuchs an einer Metallplatte, die als Elektrode benutzt wird, schon in äußerst dünnen Schichten beträchtliche Störungen in der gemessenen Spannung.

Mit dieser Anordnung ist es gelungen, Messungen durchzuführen, bei denen die Störung in der Größen-

.'" Ordnung der Nyquist-Störung war, welche von dem räumlichen Widerstand der Elektrode herrührt. Dadurch kann die Empfindlichkeit der elektrodynamischen Flußgeschwindigkeitsmesser in beträchtlichem Maß vergrößert werden.

.'■' Es ist weiterhin zu bemerken, daß bei der beschriebenen Ausführungsform durch den Draht 3 eine Struktur gebildet wird, bei der durch das Hin- und Herfalten des Drahtes viele dünne, freie Durchgänge zwischen dem Leiter und dem freien Elektrolyten

in gebildet werden.

Eine die Viskosität vergrößernde Substanz, die an sich bekannt ist, kann dem Elektrolyten in der Vertiefung 2 hinzugefügt werden. Diese Substanz hemmt dann zusätzlich die Flüssigkeitsbewegung in dieser Vertiefung 2.

Die perforierte Platte 6 hat die Aufgabe, den Draht 3 zurückzuhalten und eine feste Begrenzung der Vertiefung 2 zu bilden, wobei die Durchbrechungen 7 den elektrischen Kontakt mit dem freien Elektrolyten E

:■' bilden.

Es sei noch bemerkt, daß der Umstand, daß die Mittel zur Strömungsbegrenzung wie der Draht und seine Isolierung keine depolarisierende Wirkung haben unwesentlich ist, da Wechselspannungen gemessen

■ · werden. Dies kann in bekannter Weise mit Meßanordnungen für die Strömungsgeschwindigkeit in der Weise erfolgen, daß die zu messenden Spannungen mit Hilfe eines Wechselmagnetfeldes erzeugt werden.
Da der sehr lange Leiter 5, den der Draht 3 bildet eine

■ι große Oberfläche in der Vertiefung aufweist, ist auch der Übergangswiderstand zwischen diesem Leiter und dem elektrolytischen Körper, der in der Vertiefung 2 vorhanden ist, gering, wodurch das Störpotential, das durch den genannten Übergangswiderstand verursacht

ι ". wird, gering gehalten wird.

Um die Belagskapazität, die in Serie zu dem Übergangswiderstand des Leiters in dem elektrolytischen Körper liegt, zu vergrößern, wird der Draht vorzugsweise in Form einer Litze ausgeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrode zur induktiven Strömungsmessung, zum Messen von Wechselspannungen in einem freien Elektrolyten, mit einen elektrisch leitenden Teil, der mit dem Elektrolyten in elektrisch leitender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der leitende Teil in einem einen Elektrolyten einschließenden Raum (2) vorgesehen ist, der wenigstens eine perforierte Wand (6, 7) aufweist, die eine Verbindung zwischen dem freien Elektrolyten (E) und dem Elektrolyten in dem Raum (2) herstellt, mit der Besonderheit, daß der in dem Raum (2) befindliche Elektrolyt Kupferionen enthält und daß innerhalb des genannten Raumes (2) Mittel zur Strömungsbehinderung vorhanden sind.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem genannten Raum (2) vorgesehene Leiterteil aus einem dünnen, langgestreckten, Kupfer enthaltenden Draht (3) besteht, der in einer regelmäßigen oder unregelmäßigen Anordnung in dem genannten Raum (2) vorgesehen ist, wobei dieser Draht (3) von einer vielfach durchbrochenen Isolierung (4) umgeben ist.

3. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Raum (2) befindliche Elektrolyt eine Struktur aufweist, die aus vielen dünnen Durchgängen zwischen dem Leiter und dem freien Elektrolyten ^besteht.

4. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter aus Kupfer besteht.

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (3) aus einer Litze besteht.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyten in dem Raum (2) Mittel zur Viskositätsvergrößerung hinzugefügt sind.