DE2532988A1

DE2532988A1 - Messzelle zum messen der elektrischen leitfaehigkeit von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2532988A1
Application number: DE19752532988
Authority: DE
Inventors: Klaus Rommel
Original assignee: Zellweger Uster AG
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1976-05-26
Also published as: AT367549B; US4015199A; GB1508887A; FR2291490A1; CH577682A5; ATA861475A; FR2291490B1

Description

Messzelle zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit von Flüs s igke it en.

Die Erfindung betrifft eine Messzelle zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, insbesondere von solchen, die verschmutzt sind und zur Bildung von Ablagerungen neigen.

Zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten werden Messzellen verwendet, die in der einfachsten Form aus zwei Elektroden in definiertem Abstand bestehen. Die Messung erfolgt so, dass nach Anlagen einer Wechselspannung der Widerstand zwischen den Elektroden gemessen wird, indem die Messzelle in die zu untersuchende Flüssigkeit taucht. Diese Anordnung birgt bei verschiedenen Anwendungen zwei wesentliche Fehlerquellen in sich, nämlich eine Polarisation an den Elektroden und eine Aenderung der Zellenkonstanten durch Υώrschmutzung.

Polarisation lässt die Leitfähigkeit geringer erscheinen. Ihr Einfluss sinkt zwar mit steigender Messfrequenz; diese kann aber aus anderen Gründen (Eabelkapazität, Zellenkapa-

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zität) nicht beliebig hoch gewählt werden. Einen Ausweg bieten Vierelektroden-Messzellen. Hier wird die Wechselspannung über zwei Stromelektroden zugeführt, und zwei Spannungselektroden greifen eine Teilspannung ab, die proportional der Leitfähigkeit ist. Um den prinzipiellen Vorteil dieser Anordnung auszunutzen, müssen zwei Forderungen eingehalten werden:

1. An die Spannungselektroden muss ein Verstärker mit hochohmigem Eingangswiderstand angeschlossen werden, damit kein wesentlicher Strom über diese Elektroden fliesseri kann;

2. Die Spannungselektroden müssen so angeordnet werden, dass sie an einem Ort möglichst geringer Stromdichte liegen.

Damit wird erreicht, dass auch die Spannungselektroden im Vergleich zu den Stromelektroden eine ähnlich grosse Fläche aufweisen dürfen, ohne dass sie einen merklichen Nebenschluss zur Flüssigkeit bilden. Wären die Spannungselektroden punktförmig ausgeführt, setzte die geringste Verschmutzung die Zelle ausser Funktion. Bildet dagegen eine Elektrode mit grosser Fläche einen metallisch gut leitenden Parallelwiderstand zur Flüssigkeit, so wird sie vom Strom durchflossen, und es tritt eine sekundäre Polarisation an den Spannungselektroden auf.

Zur Lösung dieser Probleme sind bereits verschiedene Ausführungen von Messzellen beschrieben worden [l], [2]. Die nachfolgend beschriebene Erfindung bezieht sich daher auf

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eine Verbesserung der Messzelle zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten gegenüber Fehlerquellen in-

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folge Verschmutzung, ohne darür eine störende Polarisation in Kauf zu nehmen. Die erfindungsgemässe Messzelle zeichnet sich dadurch aus, dass der Spannungsabgriff über mindestens zwei parallelgeschaltete Teilelektroden erfolgt, die auf je einer Aequipotentiallinie um jede Stromelektrode angeordnet sind und weiterhin nur solche Orte auf der Aequipotentiallinie belegt werden, die eine geringe Stromdichte aufweisen.

Ansind der Beschreibung und der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild einer Messzelle mit zugehöriger Messanordnung;

Fig. 2 das Prinzip der geometrischen Anordnung der Elektroden;

Fig. 3 eine halbe Messzelle;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel in Draufsicht und
Fig. 5 dasselbe in Seitenansicht.

Die in Fig. 1 gezeigte prinzipielle Anordnung einer Vierelektroden-Messanordnung besteht aus der Messzelle, die als elektrisches Ersatzschaltbild 1 dargestellt ist, aus einem hochohmigen Verstärker 2 und der Messspannungsquelle 3· Der resultierende Messwert wird am Indikator 4 angezeigt. Die
Messzelle setzt sich aus den Stromelektroden 5 und 6 sowie aus den Spannungselektroden 7 und 8 zusammen. Mittels des
Verstärk ers 2 wird der Spannungsabfall über dem Widerstand 11 gemessen, während die Teilwiderstände 10 und 12 durch

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den geometrischen Abstand von den Spannungselektroden zu den Stromelektroden gegeben sind.

Prinzipiell müssen zwei Arten von Verschmutzung betrachtet werden: Eine Verschmutzung der Zelle, die die gesamte Oberfläche der Elektroden noch in leitender Verbindung mit der Flüssigkeit belässt, bildet Zusatzwiderstände 9, 13, 14, 15· Besonders die "Widerstände 14 und 15 können hohe Werte annehmen, ohne einen unzulässig grossen Messfehler zu verursachen, da der Eingangswiderstand des Verstärkers 2 voraussetzungsgemäss sehr hoch dimensioniert werden kann.

Dagegen verschiebt eine partielle, nichtleitende Verkrustung der Elektroden die mittleren Abstände der Elektroden gegeneinander, wodurch sich das Verhältnis der Widerstandswerte vom Widerstand 11 zu demjenigen der Widerstände 10, 12 und damit die Zellenkonstante ändert.

In einer Veröffentlichung [3] wird eine Anordnung offenbart, die den Spannungsabgriff mit zwei Elektrodenpaaren ausführt und damit eine Verringerung der Verschmutzungsanfälligkeit erreicht. Die Elektroden sind jedoch in einer Linie angeordnet, so dass die Spannungselektroden im Bereiche grösster Stromdichte liegen.

Der Grundgedanke der Erfindung ist in Figur 2 dargelegt. Zwischen den Stromelektroden 5 und 6 sind die Spannungselektroden 7 und 8 angeordnet. Dabei wurden die Spannungselektroden 7, 8 so weit von den Stromelektroden entfernt,' dass sie in den flachsten Teil des Potentialverlaufs zwi-

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sehen den Stromelektroden 5 und 6 zu-liegen kommen. Sie greifen dann nur einen geringen Teil im nahezu linearen Bereich des Potentialverlaufs der gesamten Zellenspannung ab, was die Lage ihres Mittelpunktes auf der X-Achse bereits relativ unkritisch macht. Dieselbe Teilspannung kann auch abgegriffen werden, wenn die Spannungselektroden 7, 8 auf ihren einmal gewählten Aequipotentiallinien 17, 18 verschoben werden, so dass sie nicht mehr im Bereiche grösster Stromdichte liegen.

Pig. 3 zeigt jetzt eine halbe Messzelle mit der Stromelektrode 5 und einer Spannungselektrode, die aus zwei parallelgeschalteten Elektroden 7¹, 7'' auf der gemeinsamen Aequipotentiallinie 17 besteht- Durch nichtleitende Verkrustung der Stromelektrode 5 wandert der Mittelpunkt des Stromaustritts von 51 nach 52. Damit wächst der Abstand zur Elektrode 7', er verringert sich jedoch zur Elektrode 7¹'· Der Spannungsabgriff entspricht dem einer völlig freien Elektrode 5· Durch die Parallelschaltung der Elektroden 7^! und 7¹' fliesst jetzt ein Ausgleichsstrom, der eine Sekundärpolarisation verursachen kann. Dieser Nachteil wird durch die vorher erläuterte Anordnung der Elektroden unter den messtechnisch interessierenden Einfluss herabgedrückt und könnte noch durch eine erhöhte Messfrequenz weiter reduziert werden.

Pig. 4 und 5 zeigen eine Ausführung der Vierelektroden-Messzelle. Die Elektroden liegen in einer Ebene im Ahschluss* eines Schaftes 20. Zur Ableitung von Luftblasen ist die Elektrodenfläche kegel- oder kalottenförmig leicht ange-

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schrägt, was ausserdem die Korrektur der Zellenkonstanten um wenige Prozent erlaubt, je nachdem wie stark die Anschrägung ausgeführt wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht in der Verwendung von beispielsweise vier Teilelektroden pro Spannungsabgriff, die auf derselben Aequipotentiallinie angeordnet sind und eine nochmals verbesserte SpannungsmitteSlung ergeben, wenn der Ort des Stromaustrittes auf der Stromelektrode aus dem Zentrum wandert.

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Claims

Patentansprüche

1. Messzelle zum Hessen der elektrischen Leitfähigkeit von —^ Flüssigkeiten nach dein Prinzip der Vierelektroden-Messtechnik, dadurch gekennzeichnet , daß der Spannungsabgriff über mindestens zwei parallelgeschaltete Teilelektroden (7^!, 7"; 8¹, 8¹¹) erfolgt, die auf je einer Äquipotentiallinie (17* 18) um jede Stromelektrode (5, 6) angeordnet sind und weiterhin nur solche Orte auf der Äquipotentiallinie "belegt werden, die eine geringe Stromdichte aufweisen.

2. Messzelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden Kreisflächen bilden und in einer Ebene -angeordnet sind.

3. Messzelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenfläche kegel- oder kalottenförmig ausgebildet ist.

4. Messzelle nach,den Patentansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Zellenkonstante durch Wahl der Größe der Kegel- oder Kalottenwölbung abgleichbar ist.

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