DE2447828A1

DE2447828A1 - MEASURING CELL FOR DETERMINING THE ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF A LIQUID

Info

Publication number: DE2447828A1
Application number: DE19742447828
Authority: DE
Inventors: Robert A Elmiger; Lawrence Murdock; Frank H Stephan
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1974-10-08
Publication date: 1975-06-05
Also published as: JPS5067198A; FR2246867B1; FR2246867A1; GB1472415A

Description

DlPL-ING. KLAUS NEUBECKERDlPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9Patent attorney
4 Düsseldorf 1 Schadowplatz 9

Düsseldorf, 05.10.1974 74149Düsseldorf, October 5th, 1974 74149

Westinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.Westinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.

Meßzelle für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit einer FlüssigkeitMeasuring cell for determining the electrical conductivity of a liquid

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßzelle für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit, insbesondere von Meerwasser, mit einem Gefäß für die Flüssigkeit und zwei in Kontakt mit der Flüssigkeit stehenden Elektroden.The invention relates to a measuring cell for determining the electrical conductivity of a liquid, in particular of sea water, with a container for the liquid and two electrodes in contact with the liquid.

Sowohl militärische als auch wissenschaftliche HochseeschiffeBoth military and scientific ocean-going vessels

Q.
führen auf See rutinemäßig Messungen der Temperaturverteilung in der Wassersäule unter dem Schiff mit Hilfe eines sogenannten Bathythermographen aus. Die bei diesen Messungen erhaltenen Daten dienen zur Bestimmung des Profils der Thermocline, d.h. der Grenze zwischen der vermischten oberen Wasserschicht und der ruhenden unteren Wasserschicht mit kälterem Wasser. Die Kenntnis des Profils der Thermocline ist für die Bestimmung der Meeresströmungen, für die Ermittlung günstiger Fischplätze und für die Vorhersage der Ausbreitungsbedingungen bei der Unterwasserortung (Sonar) von Bedeutung. Q.
carry out routine measurements of the temperature distribution in the water column under the ship at sea with the help of a so-called bathythermograph. The data obtained during these measurements are used to determine the profile of the Thermocline, ie the boundary between the mixed upper water layer and the dormant lower water layer with colder water. The knowledge of the profile of the Thermocline is important for determining the ocean currents, for the determination of favorable fishing spots and for the prediction of the propagation conditions for the underwater location (sonar).

Aus taktischen oder wirtschaftlichen Gründen ist es häufig unerwünscht, zur Durchführung dieser Messungen anzuhalten oder die Fahrt zu verlangsamen. Es wurde daher eine Meßsonde entwickelt, die in voller Fahrt über eine Schiffsseite hinweg ab-For tactical or economic reasons it is often undesirable to stop or take these measurements to slow down the journey. A measuring probe was therefore developed which, at full speed, spans one side of the ship.

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Telefon (O211) 32 08 58 Telegramme CustopatTelephone (O211) 32 08 58 telegrams Custopat

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gelassen werden kann und eine Drahtspule enthält, die mit vorbestimmter konstanter Geschwindigkeit abgewickelt wird. Eine zweite Drahtspule an Bord des Schiffes wird dann entsprechend den Schiffsbewegungen abgewickelt. Eine solche Meßsonde ist in der US-PS 3 221 556 beschrieben.can be left and contains a wire coil with predetermined is handled at a constant speed. A second reel of wire on board the ship is then made accordingly the ship movements. Such a measuring probe is described in US Pat. No. 3,221,556.

Aus dem Profil der Thermocline können zwar recht brauchbare Schlüsse gezogen werden, doch hat sich herausgestellt, daß sehr viel genauere Bestimmungen der Sonar-Ausbreitung, der Meeresströmungen und der Fischwanderung durchgeführt werden können, wenn die Salzhaltigkeit des Wassers bekannt ist.Quite useful conclusions can be drawn from the profile of the Thermocline, but it has been found that Much more precise determinations of sonar propagation, ocean currents and fish migration can be carried out if the salinity of the water is known.

Die Salzhaltigkeit ist ein Maß für den Salzgehalt des Wassers, meist des Meerwassers, und eine komplizierte Punktion der Temperatur, der Leitfähigkeit und des Druckes der Meerwasserprobe. Sie kann dadurch bestimmt werden, daß der Meßsonde ein Leitfähigkeits-Meßfühler beigegeben wird und die unabhängigen veränderlichen Temperatur und Leitfähigkeit gemessen und mit Hilfe eines Analog- bzw. Digitalrechners zusammen mit einem Maß für den Druck miteinander verknüpft werden. Um die Salzhaltigkeit auf 0,l%o genau bestimmen zu können, müssen die Temperatur auf 0,05°C und die Leitfähigkeit auf 0,05 mS genau gemessen werden, was eine Meßgenauigkeit von 0,1% erfordert. Ein Meßgerät wäre sehr wünschenswert, das so robust ist, daß es den harten Arbeitsbedingungen auf See lange Zeit gerecht wird, und die erforderliche Genauigkeit für die Salzhaltigkeit mit Hilfe von Baugruppen erreicht, an welche weniger strenge Genauigkeitsanforderungen gestellt werden müssen.The salinity is a measure of the salinity of the water, mostly sea water, and a complicated puncture of the Temperature, conductivity and pressure of the seawater sample. It can be determined by the measuring probe Conductivity probe is attached and the independent variable temperature and conductivity are measured and using With the help of an analog or digital computer, they can be linked together with a measure of the pressure. About the salinity To be able to determine an accuracy of 0.1%, the temperature must be measured to an accuracy of 0.05 ° C and the conductivity to an accuracy of 0.05 mS which requires a measurement accuracy of 0.1%. A meter that is robust enough to be withstands the harsh working conditions at sea for a long time, and with the required accuracy for salinity Achieved with the help of assemblies to which less stringent accuracy requirements must be asked.

Weiterhin liegen Leitfähigkeitsmessungen ihrer Natur nach fast augenblicklich vor, während Temperaturmessungen von sich aus eine Zeitverzögerung aufweisen, die von dem verwendeten Meßfühler - meist einem Thermistor - abhängt. Ein solches Verfahren, bei welchem Temperatur- und Leitfähigkeitsmessungen dazu verwendet werden, um die Salzhaltigkeit zu berechnen, kannFurthermore, conductivity measurements are by their nature almost instantaneous, whereas temperature measurements are inherent have a time delay that depends on the sensor used - usually a thermistor. Such a procedure, at which temperature and conductivity measurements can be used to calculate salinity

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daher in Gewässern mit hohem thermischen Gradienten nicht mit zufriedenstellender Genauigkeit angewendet werden.therefore cannot be used with satisfactory accuracy in waters with high thermal gradients.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Meßzelle für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit einer Flüssigkeit der eingangs genannten Art zu schaffen, die außerordentlich rasch auf Temperaturänderungen und Druckänderungen anspricht und somit eine zuverlässige Bestimmung beispielsweise der Salzhaltigkeit einer Flüssigkeitsprobe durch Messung ihrer Leitfähigkeit ermöglicht.The invention is based on the object of providing a measuring cell for the determination of the electrical conductivity of a liquid of the type mentioned to create the extraordinary responds quickly to changes in temperature and pressure and thus a reliable determination, for example, of salinity of a liquid sample by measuring its conductivity.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwei ineinander angeordnete rohrförmige Zylinder aus elektrisch isolierendem Material zwischen sich einen Spalt für die Aufnahme einer Normalprobe der Flüssigkeit mit mindestens einer vorbekanhten Eigenschaft, vorzugsweise mit vorbekannter Salzhaitigkeifc, bilden, daß die beiden Elektroden ringförmig ausgebildet sind, daß der innere der beiden rohrförmigen Zylinder sich durch die Mittelöffnung mindestens einer der beiden ringförmigen Elektroden erstreckt, daß der äußere der beiden rohrförmigen Zylinder sich mit seinen beiden Enden innerhalb je einer der beiden ringförmigen Elektroden befindet und daß Dichtungen vorgesehen sind, welche die Normalprobe innerhalb des Spaltes zwischen den beiden rohrförmigen Zylindern einschließen.This is achieved according to the invention in that two tubular cylinders arranged one inside the other are made of electrically insulating Material between it a gap for the reception of a normal sample of the liquid with at least one vorbekanhten Property, preferably with a previously known salt content, form that the two electrodes are annular, that the inner of the two tubular cylinders through the Central opening of at least one of the two ring-shaped electrodes extends that the outer of the two tubular cylinder extends with its two ends within each of the two annular Electrodes are located and that seals are provided, which the normal sample within the gap between the two include tubular cylinders.

Diese Meßzelle gestattet es, eine besonders günstige Meßsonde für die Bestimmung der Salzhaltigkeit von Meerwasser aufzubauen. Diese Meßsonde verwendet dann zwei Leitfähigkeits-Meßfühler, eine Meßzelle zur Bestimmung der Leitfähigkeit des sie umgebenden Wassers und eine Vergleichzelle zur Bestimmung der Leitfähigkeit einer Normalprobe Meerwasser bekannter Salzhaltigkeit. Das Verhältnis der Leitfähigkeitsmessungen der beiden Zellen ist dann gemäß internationaler Abmachung ein Maß für die Salzhaltigkeit. Es wird ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Leitfähigkeitsverhäitnis proportional ist, und über eine Drahtverbindung an eine ferne Auswerteeinrichtung übertragen. .'..·This measuring cell allows a particularly inexpensive measuring probe for determining the salinity of seawater. This measuring probe then uses two conductivity sensors, a measuring cell for determining the conductivity of the surrounding water and a comparison cell for determining the conductivity a normal sample of seawater of known salinity. According to international agreements, the ratio of the conductivity measurements of the two cells is a measure of the salinity. An output signal is generated that corresponds to the conductivity ratio is proportional, and transmitted to a remote evaluation device via a wire connection. . '.. ·

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Das Wesentliche an der Leitfähigkeitsverhältnismessung besteht darin, eine mit Meerwasser bekannter Salzhaltigkeit gefüllte Vergleichszelle zu entwerfen und herzustellen, die eine sehr kurze thermische Zeitkonstante aufweist den harten Beanspruchungen auf See widersteht und in einem vorgegebenen Temperaturbereich sowie über vorgegebene Lagerzeiten hinaus eine hohe mechanische und chemische Stabilität beibehält.The essential thing about the conductivity ratio measurement is to have a water filled with seawater of known salinity To design and manufacture a comparative cell that has a very short thermal time constant to withstand the tough conditions at sea and withstands a high level in a given temperature range and beyond given storage times Maintains mechanical and chemical stability.

Erfindungsgemäß wird dies durch zwei elektrisch isolierende Glieder erreicht, die im Abstand voneinander angeordnete Oberflächenteile aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nehmen diese Glieder die Form von dünnwandigen konzentrischen Zylindern an. Der innere Zylinder ist dabei länger als der äußere Zylinder. In dem Raum zwischen den beiden Zylindern befindet sich eine Normalprobe elektrisch leitender Flüssigkeit mit einer vorbekannten Eigenschaft. Für die Benutzung als Vergleichszelle für die Bestimmung der Salzhaltigkeit von Meerwasser besteht die Normalprobe aus Meerwasser bekannter Salzhaltigkeit. Um einen elektrischen Kontakt mit dem Normal-Meerwasser zu erreichen, sind zwei geeignet abgedichtete Elektroden mit den Zylindern verbunden, die mit der Normalprobe in elektrischem Kontakt stehen.According to the invention, this is achieved by two electrically insulating members, the surface parts arranged at a distance from one another exhibit. In a preferred embodiment these links take the form of thin-walled concentric cylinders. The inner cylinder is longer than that outer cylinder. A normal sample of electrically conductive liquid is located in the space between the two cylinders with a previously known property. For use as a comparison cell for determining the salinity of seawater the normal sample consists of seawater of known salinity. To make electrical contact with normal sea water To achieve this, two suitably sealed electrodes are connected to the cylinders, which are electrically connected to the normal sample Be in contact.

Die Zylinder sind dünnwandig, aber sehr stabil aufgebaut, um eine rasche Wärmeübertragung zu der Normalprobe zu erzielen und dennoch hohe mechanische Festigkeit aufrechtzuerhalten. Für die Verwendung in größeren Wassertiefen wirkt die flexible Dichtung druckausgleichend, so daß die Leitfähigkeitsmessung der Normalprobe unter dem Außendruck erfolgt.The cylinders are thin-walled but very sturdy in order to achieve rapid heat transfer to the normal sample and yet maintain high mechanical strength. For use in greater water depths, the flexible one works Pressure-equalizing seal so that the conductivity measurement of the standard sample takes place under the external pressure.

Da der Zusammenhang zwischen Leitfähigkeit und Temperatur bekannt ist, ergibt eine Leitfähigkeitsmessung mit der Vergleichszelle auch ein Maß für die Temperatur. Die Meßzelle nach der Erfindung kann somit auch als außerordentlich schnell ansprechender Temperaturfühler verwendet werden.Since the relationship between conductivity and temperature is known, a conductivity measurement with the comparison cell also provides a measure for the temperature. The measuring cell after the The invention can thus also be used as an extremely quickly responding temperature sensor.

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Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich. Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei sich weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben. In der Zeichnung zeigen:Refinements of the invention are evident from the subclaims. In the following, the invention will be described with the aid of some exemplary embodiments shown in the accompanying drawings explained in more detail, resulting in further features, configurations and advantages of the invention. In the drawing show:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Meßzelle,Fig. 1 is a perspective view of a measuring cell,

Fig. 2 einen axialen Querschnitt der Zelle nach Fig. 1,FIG. 2 shows an axial cross section of the cell according to FIG. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2,Fig. 3 shows a cross section along the line III-III of Fig. 2,

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild für die Verwendung der Meßzelle als Temperaturfühler,4 shows an electrical circuit diagram for the use of the measuring cell as a temperature sensor,

Fig. 5 ein Schaubild der Abhängigkeit der Temperatur von der Leitfähigkeit,5 shows a diagram of the dependence of the temperature on the conductivity,

Fig. 6 eine ozeanographische Meßsonde, in welcher die Erfindung Verwendung finden kann,Fig. 6 shows an oceanographic measuring probe in which the invention Can be used

Fig. 7 eine auseinandergezogen und teilweise weggebrochen dargestellte perspektivische Ansicht der Meßsonde nach Fig. 6,7 is an exploded and partially broken away perspective view of the measuring probe according to Fig. 6,

Fig. 8 eine teilweise weggebrochen dargestellte perspektivische Ansicht der in der Meßsonde nach Fig. 6 verwendeten Vergleichszelle,FIG. 8 is a partially broken away perspective view of that used in the measuring probe of FIG Comparison cell,

Fig. 9 ein elektrisches Schaltbild der Anschaltung der Meßzelle nach den Fig. 1 und 8,9 shows an electrical circuit diagram of the connection of the measuring cell according to FIGS. 1 and 8,

Fig. 10 einen axialen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Meßzelle nach der Erfindung und 10 shows an axial cross section through a further embodiment of the measuring cell according to the invention and

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Fig. 11 einen axialen Querschnitt durch eine Kombination aus einer Meßzelle und einer Vergleichszelle.11 shows an axial cross section through a combination of a measuring cell and a comparison cell.

In den Figuren 1, 2 und 3 ist ein Leitfähigkeits-Meßfühler in Form einer Vergleichszelle 10 dargestellt, die zwei dünnwandige Zylinder 12 und 13 aufweist. Der Zylinder 12 bildet dabei die Außenwand und der Zylinder 13 die Innenwand der Zelle. In einem Raum zwischen den beiden Zylindern befindet sich eine Normalprobe 15 mit Seewasser bekannter Salzhaltigkeit von beispielsweise 35%o.In Figures 1, 2 and 3, a conductivity sensor is in Shown in the form of a comparison cell 10, which has two thin-walled cylinders 12 and 13. The cylinder 12 forms the Outer wall and the cylinder 13 the inner wall of the cell. There is one in a space between the two cylinders Normal sample 15 with seawater with a known salinity of, for example, 35% o.

Um den dünnen Meerwasserfilm der Normalprobe 25 einzuschließen und zu kontaktieren sind zwei ringförmige Elektroden 18 und vorgesehen, die es gestatten, daß die umgebende Flüssigkeit auch mit dem inneren Zylinder 13 in Berührung kommt. Die Elektroden 18 und 19 können aus Kohle bestehen und mit einem unschädlichen Epoxydkleber an den Zylindern befestigt sein. An den Elektroden sind elektrische Zuleitungen 20 und 21 befestigt, und die Elektroden sind mit einem elektrisch isolierenden überzug versehen, um einen elektrischen Nebenschluß über das umgebende Wasser zu vermeiden.To enclose the thin film of seawater from normal sample 25 and two ring-shaped electrodes 18 and 14 are provided which allow the surrounding liquid to come into contact also comes into contact with the inner cylinder 13. The electrodes 18 and 19 can be made of carbon and with a harmless one Epoxy adhesive attached to the cylinders. Electrical leads 20 and 21 are attached to the electrodes, and the electrodes are provided with an electrically insulating coating to be electrically shunted across the surrounding area Avoid water.

Da die Meßzelle vor ihrer Verwendung häufig längere Zeit gelagert werden muß, sollte ihre Konstruktion und die Materialauswahl so sein, daß sie eine hohe chemische Stabilität aufweist. Das Meerwasser der Normalprobe und das Material der Zelle dürfen dabei nicht miteinander reagieren und die elektrische Leitfähigkeit der Normalprobe verändern.Since the measuring cell often has to be stored for a long period of time before it can be used, its construction and the choice of material should be considered be such that it has high chemical stability. The sea water of the normal sample and the material of the The cells must not react with one another and change the electrical conductivity of the normal sample.

Bei der Verwendung der Meßzelle wird die Leitfähigkeit der Normal-Meerwasserprobe gemessen, und dieser Wert ändert sich mit der Temperatur. Die beim Aufbau der Meßzelle verwendeten Materialien müssen daher derart sein, daß sich eine sehr kurze Zeitkonstante ergibt, d.h. die zwischen den Zylindern 12 und angeordnete Normalprobe muß so schnell wie möglich mit derWhen using the measuring cell, the conductivity of the normal seawater sample is measured and this value changes with temperature. The materials used in the construction of the measuring cell must therefore be such that a very short Time constant results, i.e. the normal sample arranged between the cylinders 12 and 12 must be as fast as possible with the

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Umgebungstemperatur ins Gleichgewicht gebracht werden. Als Material für die dünnwandigen Zylinder 12 und 13 hat sich Aluminiumoxid als besonders günstig herausgestellt. Geeignet ist auch Berylliumoxid, doch ist die sich ergebene Zeitkonstante nur geringfügig kleiner, während die Kosten des Berylliumoxides erheblich höher liegen als diejenigen des Aluminiumoxides.Ambient temperature are brought into equilibrium. As a material for the thin-walled cylinder 12 and 13 has Aluminum oxide turned out to be particularly favorable. Beryllium oxide is also suitable, but the resulting time constant is only slightly smaller, while the cost of beryllium oxide is considerably higher than that of the Aluminum oxide.

Bei einem Muster einer solchen Meßzelle wurden beispielsweise folgende Abmessungen verwendet: die Normalprobe 15 hatte eine Dicke von 0,127 mm und eine Länge L_ von 15,24 mm. Die Dicke der Zylinder 12 und 13 lag in der Größenordnung von 0,381 mm, wobei der Innendurchmesser des inneren Zylinders 13 4,57 mm betrug...--..In a sample of such a measuring cell, for example the following dimensions were used: the normal sample 15 had a thickness of 0.127 mm and a length L_ of 15.24 mm. The fat cylinders 12 and 13 were on the order of 0.381 mm, with the inner diameter of inner cylinder 13 being 4.57 mm fraud...--..

Die Querschnittsfläche A_ der Normalprobe 15 geht aus Fig. 3 hervor. Diese Fläche A ändert sich übrigens nicht, wenn die Zylinder 12 und 13 bei der Herstellung der Meßzelle versehentlich so angeordnet werden, daß sie nicht konzentrisch sind, wie abgebildet, sondern sich an einer Stelle berühren.The cross-sectional area A_ of the normal sample 15 is based on FIG. 3 emerged. Incidentally, this area A does not change if the cylinders 12 and 13 accidentally during the manufacture of the measuring cell be arranged so that they are not concentric, as shown, but touching each other at one point.

Der Wechselstromwiderstand R_g zwischen den Elektroden 18 und ergibt sich zu:The alternating current resistance R _g between the electrodes 18 and is given by:

^{x L}s ^{x L} s

worin L₀ die Länge der Normalprobe nach Fig. 2, A₀ die Quer-Schnittsfläche der Normalprobe nach Fig. 3 und <T_g die Leitfähigkeit der Normalprobe ist.where L _{0 is} the length of the standard sample according to FIG. 2, A _{0 is} the cross-sectional area of the standard sample according to FIG. 3 and <T _{g is} the conductivity of the standard sample.

Unter Benutzung einer Zellenkonstante K₀, die sich zu L /A₀ Using a cell constant K ₀ , which becomes L / A ₀

ρ S ^ö ρ S ^ö

ergibt, vereinfacht sich diese Gleichung zuresults, this equation is simplified to

^RS ⁼ ^KS (2) ^R S ⁼ ^K S (2)

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Die Messungen der Leitfähigkeit der Meßzelle müssen bei Umgebungsdruck erfolgen. Es ist daher ein Druckausgleich vorgesehen, so daß die Normalprobe 15 stets im wesentlichen den gleichen Druck aufweist, wie die die Meßzelle umgebende Flüssigkeit. Hierzu ist in dem äußeren Zylinder 12 eine kleine Öffnung 24 vorgesehen, die auch noch als Einfüllöffnung für die Normalprobe 15 dienen kann, über die Öffnung 24 kann nach entsprechender Behandlung der Oberfläche des Zylinders 12 in der Umgebung der Öffnung 24 ein Kunststoffilm 26 geklebt werden, welcher durch Ausbildung als Balg oder Membran hinreichend flexibel ist. Hierdurch wird der Außendruck an die Normalprobe 15 weitergeleitet; weiterhin werden Volumenvergrößerungen aufgefangen, die bei einem etwaigen Einfrieren auftreten.The measurements of the conductivity of the measuring cell must be at ambient pressure take place. There is therefore a pressure equalization provided so that the normal sample 15 always essentially the has the same pressure as the liquid surrounding the measuring cell. For this purpose, there is a small opening in the outer cylinder 12 24 is provided, which can also serve as a filling opening for the normal sample 15, via the opening 24 according to the corresponding Treatment of the surface of the cylinder 12 in the vicinity of the opening 24, a plastic film 26 is glued, which is sufficiently flexible by being designed as a bellows or membrane. This increases the external pressure to the normal sample 15 forwarded; in addition, increases in volume that occur in the event of freezing are absorbed.

Da der dünne Film der Normalprobe 15 äußerst schnell in Gleichgewicht gebracht wird mit der Temperatur der umgebenden Flüssigkeit, kann die Meßzelle auch als schnell ansprechender Temperaturfühler verwendet werden. Eine hierfür geeignete Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Die Meßzelle 10 ist über einen Widerstand R mit einer Wechselstromquelle e. verbunden, Hierdurch fließt ein Strom i über die Zelle 10 und es entsteht an den Elektroden 18 und 19 eine Ausgangsspannung e , die gleich dem Produkt aus dem Strom durch die Zelle und dem Widerstand der Zelle ist. Aus Gleichung (2) folgt dannBecause the thin film of the normal sample 15 equilibrates extremely quickly is brought with the temperature of the surrounding liquid, the measuring cell can also be more responsive Temperature sensors can be used. A circuit suitable for this is shown in FIG. The measuring cell 10 is over a resistor R with an alternating current source e. connected, As a result, a current i flows through the cell 10 and it arises at the electrodes 18 and 19 an output voltage e which is equal to the product of the current through the cell and the Resistance of the cell is. It then follows from equation (2)

& * ^K(ei * ^eo⁾ (3) & * ^{K (e} i * ^e o ⁾ (3)

Da alle Ausdrücke auf der rechten Seite der Gleichung (3) bekannt oder meßbar sind, kann hieraus die Leitfähigkeit bestimmt werden.Since all the expressions on the right-hand side of equation (3) are known or can be measured, the conductivity can be determined from them will.

Fig. 5 stellt ein Schaubild der Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Temperatur für eine typische Meßzelle der abgebildeten Art dar. Aus dieser Kurve kann die Temperatur der umgebendenFIG. 5 shows a graph of the dependence of conductivity on temperature for a typical measuring cell of the one shown Kind of. From this curve the temperature of the surrounding

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Flüssigkeit bestimmt werden, wenn die Leitfähigkeit bekannt ist. Dies kann von Hand mittels der Kurve geschehen oder auch mit Hilfe eines entsprechenden programmierten Computers.Liquid can be determined if the conductivity is known. This can be done by hand using the curve or with the help of an appropriately programmed computer.

Für die Temperaturmessung wird zweckmäßigerweise eine Wechselspann ungs quelle verwendet. Bei einer Gleichspannungsquelle würde innerhalb der Meßzelle eine Polarisation auftreten, und es würde Wasserstoff erzeugt werden, der die Arbeitsweise der Meßzelle beeinträchtigen würde.An alternating voltage is expediently used for the temperature measurement ungs source used. In the case of a DC voltage source, polarization would occur within the measuring cell, and hydrogen would be generated, which would impair the functioning of the measuring cell.

Eine andere wichtige Anwendung der Meßzelle ist die Bestimmung der Salzhaltigkeit von Meerwasser. Eine hierfür geeignete Meßsonde, welche die Meßzelle nach der Erfindung verwendet, ist in Fig. 6 dargestellt.Another important application of the measuring cell is the determination of the salinity of sea water. A suitable one for this The measuring probe using the measuring cell according to the invention is shown in FIG.

Die Ozeanographieehe Meßsonde 30 nach Fig. 6 weist ein Vorderteil 31 und ein Hinterteil 32 auf, die zusammen einen hydrodynamischen Körper bilden, der durch die Wassersäule unterhalb eines Schiffes durchfallen kann. Infolge ihrer hydrodynamischen Form, ihres Ballastes und ihrer Trimmung sinkt die Meßsonde 30 mit ihrem Vorderteil voraus mit konstanter Sinkgeschwindigkeit durch die Wassersäule.The oceanography measuring probe 30 according to FIG. 6 has a front part 31 and a rear part 32, which together form a hydrodynamic body that passes through the water column below of a ship can fail. As a result of its hydrodynamic shape, its ballast and its trimming, the measuring probe 30 sinks with its front part ahead with a constant rate of descent through the water column.

Die auseinandergezogene und teilweise weggebrochene Darstellung nach Fig. 7 zeigt das Vorderteil 31 in seinen Einzelheiten. Es enthält einen Körper 34, der eine große Höhlung 36 für die Aufnahme einiger Bauteile aufweist. In den Körper 34 können Ballastgewichte eingegossen sein oder der Körper 34 kann selbst als Ballast ausgebildet und aus Kunststoff oder Metall gegossen sein. Als erster Leitfähigkeitsmeßfühler für die Bestimmung der Leitfähigkeit des Umgebungswassers dient eine Meßzelle 38. Die Meßzelle 38, die anhand von Fig. 8 näher erläutert wird, befindet sich in einer elektrisch isolierenden Hülse 40, die an einem Ende eine Öffnung 41 aufweist und in einem Haupt-Strömungskanal 43 angeordnet ist, so daß das Wasser, dessen LeitfähigkeitThe exploded and partially broken away representation 7 shows the front part 31 in its details. It contains a body 34 which has a large cavity 36 for the Has inclusion of some components. Ballast weights can be cast in the body 34 or the body 34 itself designed as ballast and cast from plastic or metal. As the first conductivity sensor for determining the A measuring cell 38 serves for the conductivity of the surrounding water. The measuring cell 38, which is explained in more detail with reference to FIG. 8, is located in an electrically insulating sleeve 40, which has an opening 41 at one end, and in a main flow channel 43 is arranged so that the water, its conductivity

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gemessen werden soll, durch den Strömungskanal 43 und sodann durch die Öffnung 41 in der Hülse 40 und den mittleren Teil der Meßzelle 38 fließt, wenn die Meßsonde 30 durch die Wassersäule sinkt.is to be measured, through the flow channel 43 and then through the opening 41 in the sleeve 40 and the central part the measuring cell 38 flows when the measuring probe 30 sinks through the water column.

Zusätzlich zu der Meßzelle 38 ist ein zweiter Leitfähigkeits-Meßfühler in Form einer Vergleichszelle 10 vorgesehen, die ein Maß für die Leitfähigkeit einer Normalprobe mit Seewasser bekannter Salzhaltigkeit liefert. Die Vergleichszelle 10 ist in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Meßzelle 38 angeordnet, so daß beide Leitfähigkeitsmessungen bei im wesentlichen der gleichen Wassertemperatur durchgeführt werden.In addition to the measuring cell 38 is a second conductivity sensor provided in the form of a comparison cell 10, which is a measure of the conductivity of a normal sample with seawater known Salinity supplies. The comparison cell 10 is arranged in the immediate vicinity of the measuring cell 38, see above that both conductivity measurements are carried out at essentially the same water temperature.

Die Vergleichszelle 10 hat eine axiale Durchflußöffnung 22, die genau in Fortsetzung der axialen Durchflußöffnung in der Meßzelle 38 verläuft. Um die Wasserströmung durch und um die Vergleichszelle 10 zu erhöhen, ist eine Anzahl Hilfs-Strömungskanäle 45 vorgesehen, in denen das Wasser an der Meßzelle 38 vorbeifließt, aber wegen der Hülse 40 diese nicht berührt. Das Wasser fließt dann durch eine Anzahl Öffnungen 46 in einem scheibenförmigen Abschlußteil 47 der Hülse 40, welcher in eine passende Vertiefung 48 eingreift, wenn die Meßzelle 38 in den Körper 34 eingeschoben wird.The comparison cell 10 has an axial flow opening 22, the runs exactly in continuation of the axial flow opening in the measuring cell 38. About the water flow through and around the comparison cell To increase 10 is a number of auxiliary flow channels 45 provided, in which the water flows past the measuring cell 38, but because of the sleeve 40 does not touch it. The water then flows through a number of openings 46 in a disk-shaped end portion 47 of the sleeve 40, which in a matching recess 48 engages when the measuring cell 38 is inserted into the body 34.

Für die Vergleichszelle 10 ist eine Halterung im Verlaufe des Strömungskanales 43 vorgesehen. Hierzu dient ein Gehäuse 52, das ein zylindrisches Mittelteil 54 mit einer Anzahl Längsschlitze 56 besitzt, in welche Vorsprünge 58 der Vergleichszelle 10 eingreifen, um diese in ihre Lage zu fixieren. In dieser Anordnung fließt das in dem Vorderteil 31 durch den Hauptströmungskanal 43 und die Hilfsströmungskanäle 45 eintretende Wasser durch die Vergleichszelle 10 hindurch und um sie herum.For the comparison cell 10, a holder is provided in the course of the flow channel 43. A housing 52 is used for this purpose, which has a cylindrical central part 54 with a number of longitudinal slots 56, in which projections 58 of the comparison cell 10 engage in order to fix it in its position. In In this arrangement, that which flows into the front part 31 through the main flow channel 43 and the auxiliary flow channels 45 Water through and around the comparative cell 10.

Der Deutlichkeit halber ist die Halterung für die Vergleichs-For the sake of clarity, the bracket for the comparison

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zelle 10 als ein getrenntes Gehäuse dargestellt, doch ist es auch möglich, diese Halterung einstückig mit dem Körper 34 auszubilden.Cell 10 is shown as a separate housing, but it is it is also possible to form this holder in one piece with the body 34.

Um den zylindrischen Mittelteil 54 herum befindet sich eine Ringöffnung 60, welche einen elektronischen Teil 62 aufnimmt. Der elektronische Teil 62 besitzt eine Anzahl elektrischer Bauelemente 63, die auf einer Druckschaltungsplatte 65 angeordnet sind, welche eine solche Größe und Form aufweist, daß sie leicht in die Ringöffnurig 60 hineingeschoben werden kann. Diese Anordnung kann mannigfaltig ausgestaltet werden, zum Beispiel können die elektronischen Bauelemente in Form eines Zylinderringes vergossen sein, der dann in die Ringöffnung 60 hineingeschoben wird, oder die elektronischen Bauelemente können innerhalb der Ringöffnung 60 vergossen werden.There is one around the cylindrical central portion 54 Ring opening 60 which receives an electronic part 62. The electronic part 62 has a number of electrical ones Components 63 which are arranged on a printed circuit board 65 which has such a size and shape that it can be easily pushed into the ring opening 60. This arrangement can be designed in many ways, for For example, the electronic components can be cast in the form of a cylinder ring, which is then inserted into the ring opening 60 is pushed in, or the electronic components can be encapsulated within the ring opening 60.

Von dem Hinterteil 32 ist ein kleiner Teil dargestellt. Sein Inneres weist eine Anzahl Rillen und Vorsprünge 67 auf, die mit Rillen und Vorsprüngen 68 in dem Körper 34 zusammenwirken, um einen durch Zusammendrücken verriegelnden Verschluß zu bilden.A small part of the rear part 32 is shown. Its interior has a number of grooves and projections 67 that cooperate with grooves and projections 68 in body 34 to provide a compression locking latch form.

In dem Hinterteil 32 ist eine hier nicht dargestellte Drahtspulenanordnung untergebracht, deren Draht durch eine öffnung am Ende des Hinterteiles 32 abgewickelt wird. Eine solche Anordnung ist bekannt und beispielsweise in der erwähnten US-PS 3 221 556 beschrieben.In the rear part 32 there is a wire coil arrangement (not shown here) housed, the wire of which is unwound through an opening at the end of the rear part 32. Such Arrangement is known and for example in the mentioned U.S. Patent 3,221,556.

Fig. 8 ist eine teilweise weggebrochene Detailansicht der Meßzelle 38. Die Meßzelle 38 weist eine Anzahl Elektroden 70, 71 und 72 auf", die durch isolierende Abstandshalter 75 und 76 voneinander getrennt sind. Beim Betrieb fließt das Meerwasser durch . eine Mittelbohrung 78 durch die Meßzelle 38, so daß diese ständig durchspült wiiid, wenn die Meßsonde absinkt, wodurch ständig neue Flüssigkeit aus der jeweiligen WassertiefeFig. 8 is a partially broken away detailed view of the measuring cell 38. The measuring cell 38 has a number of electrodes 70, 71 and 72 ″, which are separated by insulating spacers 75 and 76 are separated from each other. The sea water flows through during operation. a central bore 78 through the measuring cell 38, so that this wiiid constantly rinsed when the measuring probe sinks, whereby constantly new liquid from the respective water depth

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mit den Elektroden 70, 71 und 72 in Kontakt kommt. Um irgendwelche Nebenschlüsse zwischen den Elektroden zu verhindern, welche bei Meßzellen mit zwei Elektroden erhebliche Meßfehler verursachen, besitzt die Meßzelle 38 drei Elektroden, von denen die beiden äußeren Elektroden 70 und 72 elektrisch miteinander verbunden und an einen Anschluß 80 angeschlossen sind, während die mittlere Elektrode 71 mit einem Anschluß 81 verbunden ist.comes into contact with electrodes 70, 71 and 72. To any To prevent shunts between the electrodes, which in measuring cells with two electrodes cause considerable measurement errors cause, the measuring cell 38 has three electrodes, of which the two outer electrodes 70 and 72 are electrically connected to each other and connected to a terminal 80, while the middle electrode 71 is connected to a terminal 81.

Der Widerstand R zwischen den Anschlüssen 80 und 81 ergibtThe resistance R between the terminals 80 and 81 results

JiJi

(4)(4)

worin L der Abstand zwischen den Mitten der Elektroden 70 undwhere L is the distance between the centers of electrodes 70 and

JiJi

71 (bzw. 71 und 72, da diese Abstände gleich sind), A_v die Querschnittsfläche der Mittelbohrung 78, durch welche das Wasser fließt
Meßzelle ist.71 (or 71 and 72, since these distances are equal), A _{v is} the cross-sectional area of the central bore 78 through which the water flows
Measuring cell is.

sichthemselves II. zuto XX ^Lx ^L x ^Rx = ^R x = A
X A.
X

Wasser fließt, und (5* die Leitfähigkeit des Wassers in derWater flows, and (5 * the conductivity of the water in the

Da L und A_ und damit auch ihr Verhältnis konstant sind,Since L and A_ and thus their ratio are constant,

X XX X

vereinfacht sich die Gleichung (4) zuEquation (4) is simplified to

^Kx (5) ^K x (5)

worin K eine Zellenkonstante gleich L /A ist.where K is a cell constant equal to L / A.

X XXX XX

Während des Betriebes füllt das Wasser ständig die Mittelbohrung 78 der Meßzelle 38 aus und es ist erwünscht, den Kontakt des Wassers mit der Außenseite der Meßzelle 38 so gering wie möglich zu machen, weil dieser unerwünschte Schwankungen verursachen würde. Zu diesem Zwecke ist die in Fig. 7 dargestellte Hülse 40 vorgesehen. Eine andere Möglichkeit hierfür besteht darin, die Elektroden 70, 71 und 72 unmittelbar in dem Körper 34 des Vorderteiles 31 einzugießen, sofern dieser aus Isolier-During operation, the water constantly fills the central bore 78 of the measuring cell 38 and it is desirable to make contact to make the water with the outside of the measuring cell 38 as low as possible, because this cause undesirable fluctuations would. The sleeve 40 shown in FIG. 7 is provided for this purpose. There is another possibility for this in pouring the electrodes 70, 71 and 72 directly into the body 34 of the front part 31, provided this is made of insulating

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material besteht, und eine axiale Durchflußöffnung durch die Elektroden vorzusehen.material consists, and an axial flow opening through the Provide electrodes.

Durch ihren Aufbau hat die Vergleichszelle 10 eine außerordentlich kurze Zeitkonstante_r so daß der dünne Meerwasserfilm der Normalprobe 15 schnell auf die Temperatur des umgebenden Meerwassers gebracht wird. Hierdurch kann das Leitfähigkeitsverhältnis aus Leitfähigkeiten bestimmt werden, die bei im wesentlichen der gleichen Temperatur gemessen worden sind, wie es die internationale Abmachung erfordert. Bei der Vergleichszelle 10 bleibt die Salzhaltigkeit des dünnen Meerwasserfilmes konstant, doch ändert sich seine Leitfähigkeit mit der Temperatur, beispielsweise in einem vorgegebenen Temperaturbereich zwischen 0,0275. mS/cm und 0,063 mS/cm. Da beide Zellen jedoch im wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen, ändert sich ihr Leitfähigkeitsverhältnis lediglich zwischen ungefähr 0,8710 (bei einer Salzhaltigkeit von 30%o) und 1,1261 (bei einer Salzhaltigkeit von 40%o).Due to its structure, the comparison cell 10 has an extremely short time constant _r so that the thin seawater film of the normal sample 15 is quickly brought to the temperature of the surrounding seawater. This allows the conductivity ratio to be determined from conductivities measured at substantially the same temperature as required by international agreement. In the comparison cell 10, the salinity of the thin seawater film remains constant, but its conductivity changes with the temperature, for example in a predetermined temperature range between 0.0275. mS / cm and 0.063 mS / cm. However, since both cells have essentially the same temperature, their conductivity ratio only changes between approximately 0.8710 (with a salinity of 30% o) and 1.1261 (with a salinity of 40% o).

Die beiden Zellen sind in einer elektrischen Schaltungsanordnung angeschlossen, welche ein Ausgangssignal liefert, das dem Verhältnis der Leitfähigkeiten des auf die Meßzelle 38 einwirkenden Umgebungswassers und des Normal-Meerwassers in der Vergleichszelle 10 proportional ist. Eine solche Schaltungsanordnung ist in Fig. 9 dargestellt.The two cells are connected in an electrical circuit arrangement which provides an output signal corresponding to the ratio the conductivities of the ambient water acting on the measuring cell 38 and of the normal sea water in the comparison cell 10 is proportional. Such a circuit arrangement is shown in FIG.

In Fig. 9 ist ein Operationsverstärker 90 hoher Verstärkung· mit einem nicht ^-invertierenden oder positiven Eingang 92 und einem invertierenden oder negativen Eingang 93 sowie einem Ausgang 94 gezeigt. Die Meßzelle 38 ist zwischen einer Wechselspannungsquelle e. und dem negativen Eingang 93 angeordnet und die Vergleichszelle 10 in einen Rückkopplungszweig zwischen dem Ausgang 94 und dem negativen Eingang 93 eingeschaltet. Der positive Eingang 92 ist mit einer Bezugsspannung verbunden, beispielsweise mit Masse.In Fig. 9, a high gain operational amplifier 90 is with a non-inverting or positive input 92 and an inverting or negative input 93 and an output 94 are shown. The measuring cell 38 is between an AC voltage source e. and the negative input 93 and the comparison cell 10 in a feedback branch between the Output 94 and the negative input 93 switched on. The positive input 92 is connected to a reference voltage, for example with mass.

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Das Verhältnis der Ausgangsspannung e zu der Eingangsspannung e. ergibt sich zu:The ratio of the output voltage e to the input voltage e. results in:

worin R₀ der Widerstand der Vergleichszelle 10, R^ der Widerstand der Meßzelle 38 und A die Schleifenverstärkung des Operationsverstärkers 90 ist. Da der Operationsverstärker 90 einen sehr hohen Verstärkungsgrad aufweist, vereinfacht sich die Gleichung (6) zu:where R _{0 is} the resistance of the comparison cell 10, R ^ the resistance of the measuring cell 38 and A is the loop gain of the operational amplifier 90. Since the operational amplifier 90 has a very high gain, equation (6) is simplified to:

^Rs ^R s

ir ⁽⁷⁾ ir ⁽⁷⁾

Durch Einsetzen der Gleichungen (1) und (2) ergibt sichSubstituting equations (1) and (2) gives

-i is-i is

η" "5 ^_ (β)η "" 5 ^ _ (β)

J: i*_J: i * _

X Α_χ X Α _χ

oder mit den Zellenkonstantenor with the cell constants

<ös ' ^K <ös' ^K

Da sich die Zellenkonstanten nicht verändern, kann K /K durch eine andere Konstante K ersetzt werden, so daßSince the cell constants do not change, K / K can be replaced by another constant K, so that

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Gleichung (10) zeigt,daß das Ausgangssignal der Schaltung nach Fig. 9 proportional dem Verhältnis der Leitfähigkeiten und daher definitionsgemäß proportional der Salzhaltigkeit der gemessenen Wasserprobe ist, weil die Anordnung der Bauteile der Meßsonde derart ist, daß die Messungen bei im wesentlichen der gleichen Temperatur erfolgen. In Fig. 9 ist in dem Rückkopplungszweig zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Operationsverstärkers 90 die Vergleichszelle 10 dargestellt, doch können die Vergleichszelle 10 und die Meßzelle 38 auch ihren Platz wechseln, wofür dann das Ausgangssignal dem Leitfähigkeitsverhältnis <3T / <5"* ist.Equation (10) shows that the output of the circuit after 9 proportional to the ratio of the conductivities and therefore, by definition, proportional to the salinity of the measured Water sample is because the arrangement of the components of the measuring probe is such that the measurements at essentially the same temperature. In Fig. 9 is in the feedback path between the output and the input of the operational amplifier 90 shows the comparison cell 10, but the comparison cell 10 and the measuring cell 38 can also change their place, for which the output signal then has the conductivity ratio <3T / <5 "*.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 90 kann dann an eine ferne Auswerteeinrichtung übertragen werden, beispielsweise über den in der Meßsonde enthaltenen Draht zu dem an der Wasseroberfläche schwimmenden Schiff, um die notwendigen Berechnungen für die Bestimmung der Salzhaltigkeit ausführen zu können. Wenn darüberhinaus noch einzelne Leitfähigkeitsmessungen interessieren, beispielsweise um aus der Leitfähigkeitsmessung der Vergleichszelle 10 eine Temperaturangabe ableiten zu können, können auch die einzelnen Leitfähigkeitsmessungen einzeln an die Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden.The output signal of the operational amplifier 90 can then be switched on a remote evaluation device can be transmitted, for example via the wire contained in the measuring probe to the one on the water surface floating ship in order to be able to carry out the necessary calculations for the determination of the salinity. if In addition, individual conductivity measurements can also be of interest, for example in order to be able to derive a temperature specification from the conductivity measurement of the comparison cell 10 the individual conductivity measurements are passed on individually to the evaluation device.

Als Beispiel sei angenommen, daß eine Meßzelle der zuvor angegebenen Abmessungen in einer Sonde nach Fig. 6 verwendet wird, die mit einer Geschwindigkeit von 7,6 m/sec durch das Meerwasser absinkt. Aluminiumoxid, das für die Zylinderwände verwendet wurde, hat eine Wärmeleitzahl von 29 kcal/m.h.grd, eine spezifische Wärme von 2,1 kcal/kg.grd und eine Dichte von 4,0 kg/cm Eine solche Zelle hat dann eine Zeitkonstante in der Größenordnung von Hundertstel Sekunden. Wenn die Meßzelle sich auf einer Temperatur befindet und dann einer zweiten Temperatur ausgesetzt wird, nimmt die Zelle nach einer Zeitkonstanten 63,2% der Temperaturdifferenz an und erreicht die zweite Temperatur nach fünf Zeitkonstanten.As an example, it is assumed that a measuring cell of the above Dimensions is used in a probe according to Fig. 6, which sinks through the sea water at a speed of 7.6 m / sec. Alumina used for the cylinder walls has a thermal conductivity of 29 kcal / m.h.grd, a specific Heat of 2.1 kcal / kg.grd and a density of 4.0 kg / cm. Such a cell then has a time constant of the order of magnitude of hundredths of a second. When the measuring cell is at one temperature and then exposed to a second temperature the cell takes 63.2% of the temperature difference after a time constant and reaches the second temperature after five time constants.

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In Fig. 10 ist ein axialer Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung dargestellt. Während in der Meßzelle nach Fig. 2 die Zylinder 12 und 13 genau die gleiche Länge hatten, besitzt in Fig. 10 eine Vergleichszelle 100 Zylinder 102 und 103 verschiedener Länge, um die Herstellung und den Zusammenbau zu erleichtern. Zwischen dem äußeren Zylinder 102 und dem inneren Zylinder 103 befindet sich eine Normalprobe 105 des Wassers, dessen Leitfähigkeit gemessen werden soll. Die Kontaktgabe mit der Normalprobe105 wird dadurch erreicht, daß am Ende Elektroden 108 und 109 vorgesehen sind, die beide gleich aufgebaut sein können. Die Elektrode 108 beispielsweise enthält eine konische Innenfläche 111, die in einem Anschlag 113 ausläuft. In zusammengebautem Zustand bildet eine Nut 115 einen kleinen Zwischenraum zwischen der Elektrode und dem inneren Zylinder 103.In Fig. 10 is an axial cross section of a further embodiment of the invention shown. While in the measuring cell according to FIG. 2, the cylinders 12 and 13 are exactly the same 10, a comparative cell 100 has cylinders 102 and 103 of different lengths in order to produce and to facilitate assembly. There is one between the outer cylinder 102 and the inner cylinder 103 Normal sample 105 of the water whose conductivity is to be measured. The contact with the normal sample105 is achieved in that electrodes 108 and 109 are provided at the end, both of which can be constructed identically. The electrode 108, for example, contains a conical inner surface 111 which ends in a stop 113. In assembled condition a groove 115 forms a small space between the electrode and the inner cylinder 103.

Beim Zusammenbau der Vergleichszelle 100 wird eine flexible Dichtung 12O an den Enden des Zylinders 102 derart außen aufgebracht, daß die flexible Dichtung den Zwischenraum zwischen dem Zylinder 102 und der geneigten Innenfläche 111 ausfüllt.When assembling the comparison cell 100, a flexible seal 12O is applied to the outside of the ends of the cylinder 102 in such a way that that the flexible seal fills the space between the cylinder 102 and the inclined inner surface 111.

Der innere Zylinder 103 wird dann durch die Mittelöffnungen der Elektroden 108 und 109 eingeführt und es wird, zunächst nur an einem En^.e, eine flexible Dichtung 123 angebracht. Die Zelle wird dann aufrechtgestellt und eine Normalprobe 105 aus Meerwasser unter Vakuumbedingungen in den Zwischenraum zwischen den Zylindern 102 und 103 eingeführt, und zwar über den kleinen Zwischenraum, der durch die Nut 115 zwischen der Elektrode 108 und dem inneren Zylinder 103 gebildet wird. Nach der Füllung wird auch auf dem nun oberen Ende eine Dichtung 123 angebracht, wonach dann ein wasserdampfdichter überzug_r beispielsweise ein Kunststofflack, auf die Elektroden und die flexiblen Dichtungen aufgetragen werden kann. Die Anordnung nach Fig. 10 vermeidet nicht nur enge Toleranzen bei der Länge des inneren bzw. äußeren Zylinders, sondern benötigt auch bei ihrer Herstellung sehr viel weniger Material für die Elektroden. Die Einheit läßt sichThe inner cylinder 103 is then inserted through the central openings of the electrodes 108 and 109 and a flexible seal 123 is attached, initially only to one end. The cell is then erected and a normal sample 105 of seawater is introduced under vacuum conditions into the space between the cylinders 102 and 103 via the small space created by the groove 115 between the electrode 108 and the inner cylinder 103. After filling, a seal 123 is also mounted on the now upper end, after which a water vapor-tight coating _r example, a plastic coating, may be applied to the electrodes and the flexible seals. The arrangement according to FIG. 10 not only avoids tight tolerances in the length of the inner or outer cylinder, but also requires much less material for the electrodes in its manufacture. The unity can be

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relativ einfach abdichten und das flexible Dichtungsmaterial gestattet weiterhin einen einfachen und schnellen Druckausgleich der Normalprobe 105 gegenüber de» die Zelle umgebenden Meerwasser.seal relatively easily and the flexible sealing material also allows simple and quick pressure equalization the normal sample 105 compared to the sea water surrounding the cell.

Wie die Zelle gemäß Fig. 1 hat auch die Zelle nach Fig. IO eine außerordentlich kleine thermische Zeitkonstante, um genaue Daten liefern zu können, wenn die Meßsonde durch thermische Gradienten absinkt. Die Zylinder 102 und 103 können aus Aluminiumoxid hergestellt werden, wobei der äußere Zylinder beispielsweise einen Außendurchmesser von 6,35 mm, eine Länge von 15,24 mm und eine Wandstärke von 0,381 mm haben kann. Der innere Zylinder 103 kann dann im Vergleich dazu einen Außendurchmesser von 5,334 mm, eine Länge von 21,34 mm und eine Wanddicke von ebenfalls 0,38 mm besitzen. Die Elektroden 108 und 109 sind vorzugsweise identisch aufgebaut und bestehen beispielsweise aus Kohlenstoff mit ,' 4 bis 8% Poren und haben einen Außendurchmesser von 12,7 mm und eine Dicke von 2,54 mm.Like the cell according to FIG. 1, the cell according to FIG. 10 also has one extremely small thermal time constant, in order to be able to deliver accurate data when the measuring probe is by thermal Gradient drops. The cylinders 102 and 103 can be made from alumina, with the outer cylinder being for example may have an outside diameter of 6.35 mm, a length of 15.24 mm and a wall thickness of 0.381 mm. The inner one In comparison, cylinder 103 can then have an outer diameter of 5.334 mm, a length of 21.34 mm and a wall thickness of also have 0.38 mm. The electrodes 108 and 109 are preferably constructed identically and consist, for example made of carbon with 4 to 8% pores and have an outer diameter of 12.7 mm and a thickness of 2.54 mm.

Das Abdichten der Normalprobe 105 erfolgt mit einem Minimalbetrag gelösten Sauerstoffs und die Konstruktion und die Materialien sind derart, daß sichergestellt ist, daß auch über Zeitspannen von Jahren hinweg kein Verlust der Normalprobe 105 durch die Zellenwände, die Elektroden oder die Dichtungen hindurch auftreten kann.Sealing of the standard sample 105 is done with a minimum amount of dissolved oxygen and the construction and materials are such that it is ensured that no loss of the normal sample 105 occurs even over periods of years the cell walls, the electrodes or the seals can occur through.

Die Zelle kann Lagertemperaturen in dem Bereich zwischen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes und mindestens 75 C ohne strukturelle Beeinträchtigungen aushalten. Sie vermag einen Wärmeschock in dem Bereich zwischen O⁰C und 65 C Stand zu halten. Messungen der in Fig. 10 dargestellten Zelle haben ein Ansprechen auf Temperaturveränderungen bei einer relativen Bewegung innerhalb einer Flüssigkeit bis herab zu 90 Millisekunden ergeben.The cell can withstand storage temperatures in the range between temperatures below freezing point and at least 75 C without structural impairments. It is able to withstand a thermal shock in the range between ⁰ ° C. and 65 ° C. Measurements of the cell shown in Fig. 10 have shown a response to temperature changes with relative movement within a liquid as low as 90 milliseconds.

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Fig. 7 zeigt eine Anordnung innerhalb einer Meßsonde mit einer Meßzelle und einer Vergleichszelle zur Bestimmung der Salzhaltigkeit. Die beiden Zellen waren dicht hintereinander angeordnet, so daß die Messungen bei im wesentlichen der gleichen Temperatur durchgeführt werden konnten. In Fig. 11 ist eine Kombinationszelle 30 dargestellt, die sowohl eine Meßzelle, als auch eine Vergleichszelle für die Leitfähigkeitsmessung enthält. Die Kombinationszelle 130 ist insofern ganz ähnlich aufgebaut wie Vergleichszelle 100 nach Fig. 10, daß sie zwei Zylinder 132 und 133 aufweist, die ineinander angeordnet sind und zwischen sich einen Raum für die Aufnahme einer Normalprobe 135 bilden. Zwei Elektroden 138 und 139 kontaktieren wie zuvor die Normalprobe 135 und zur Halterung, etwa in einer Anordnung nach Fig. 7, sind eine Anzahl Vorsprünge 141 vorgesehen, die mit den Elektroden 138 und 139 einstückig sind. Zwischen dem äußeren Zylinder 132 und den Elektroden befindet sich eine flexible Dichtung 144 und zwischen den Elektroden und dem inneren Zylinder 133 eine flexible Dichtung 145.7 shows an arrangement within a measuring probe with a measuring cell and a comparison cell for determining the salinity. The two cells were arranged close together so that the measurements were essentially the same Temperature could be carried out. In Fig. 11 a combination cell 30 is shown, which includes both a measuring cell, as well as a comparison cell for the conductivity measurement. The combination cell 130 is very similar in this respect constructed like comparison cell 100 according to FIG. 10 in that it has two cylinders 132 and 133 which are arranged one inside the other and between them form a space for receiving a normal sample 135. Two electrodes 138 and 139 make contact as before the normal sample 135 and for holding, for example in an arrangement according to FIG. 7, a number of projections 141 are provided which are integral with electrodes 138 and 139. There is one between the outer cylinder 132 and the electrodes flexible seal 144 and a flexible seal 145 between the electrodes and the inner cylinder 133.

Zusätzlich sind nun weitere Elektroden 148, 149 und 150 vorgesehen, die im Abstand voneinander auf der Innenseite des inneren Zylinders 133, beispielsweise durch Niederschlag von Kohlenstoff, angebracht sind. Alle Elektroden sind mit hier nicht dargestellten elektrischen Zuleitungen versehen.In addition, further electrodes 148, 149 and 150 are now provided, at a distance from one another on the inside of the inner cylinder 133, for example by precipitation of Carbon. All electrodes are provided with electrical leads (not shown here).

Die Kombinationszele 130 bietet daher einmal eine Vergleichszelle mit einer Normalprobe 135, welche über die Elektroden 138 und 139 kontaktiert wird, und zusätzlich dazu noch eine Meßzelle, die aus dem inneren Zylinder 133 und den Elektroden 148, 149 und 15O besteht. Beide Zellen haben eine gemeinsame Wand, die durch einen Teil des Zylinders 133 gebildet wird. Für elektrische Messungen ist es zweckmäßig, wenn der Meßzellenteil der Kombinationszelle einen relativ hohen Widerstand aufweist. Hierzu wird der innere Zylinder 133 relativ lang ausgeführt und weist beispielsweise, wenn der äußere Zylinder 132 eine LängeThe combination cell 130 therefore offers a comparison cell with a normal sample 135, which is via the electrodes 138 and 139 is contacted, and in addition, a measuring cell, which consists of the inner cylinder 133 and the electrodes 148, 149 and 15O exists. Both cells have a common wall which is formed by part of the cylinder 133. For It is useful for electrical measurements if the measuring cell part of the combination cell has a relatively high resistance. For this purpose, the inner cylinder 133 is made relatively long and, for example, if the outer cylinder 132 has a length

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von 15,24 mm besitzt, eine Länge zwischen 76,2 und 101,6 mm auf.of 15.24 mm, a length between 76.2 and 101.6 mm on.

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Claims

Patent claims:

I.) Measuring cell for determining the electrical conductivity a liquid, in particular seawater, with a vessel for the liquid and two in contact with the Liquid electrodes

characterized in that two tubular cylinders (102, 103) arranged one inside the other are made of electrically insulating material between them a gap for receiving a normal sample (105) of the liquid form at least one previously known property, preferably with a previously known salinity, that the two electrodes (108, 109) are ring-shaped,

that the inner (103) of the two tubular cylinders (1O2, 103) extends through the central opening of at least one of the two ring-shaped electrodes (108, 109), that the outer (102) of the two tubular cylinders (102, 103) with its two ends within each of the two annular electrodes (108, 109) is located and that seals (120, 123) are provided which the Enclose normal robe (105) within the gap between the two tubular cylinders (102, 103).

2. Measuring cell according to claim 1, characterized in that that the two ring-shaped electrodes (108, 109) are constructed essentially the same and the inner one (103) of the two tubular cylinders (102, 103) extending through the central opening of both annular electrodes (108, 109).

3. Measuring cell according to claim 1 or 2, characterized in that the seals (120, 123) are so flexible are designed to reduce the external pressure to normal

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sample (105) are able to pass on.

4. Measuring cell according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that at least one of the annular electrodes (108, 109) has a conical, in one Stop (113) has tapering inner surface (111) that the outer (102) of the two tubular cylinders (102, 103) against the stop (113), and that a part (120) of the seals (120, 123) the space between the conical inner surface (111) and the outer cylinder (102).

5. Measuring cell according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that at least one of the annular electrodes (108, 109) has a device (115) for Filling the normal sample (105) into the gap between the two tubular cylinders (102, 103).

6. Measuring cell according to claim 5, characterized in that that the device for filling the normal sample (105) is a groove (115) which extends from the outside of the Electrode (108, 109) extends up to the gap.

7. Measuring cell according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the two annular electrodes (108, 109) and the seals (120, 123) of are covered with a water-vapor-proof coating.

8. Measuring cell according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inner (133) of the two tubular cylinders (132, 133) on its inside with at least two and preferably three annular Electrodes (148, 149, 150) provided and as a conductivity measuring cell is designed for a fluid sample to be evaluated.

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