DE29813783U1

DE29813783U1 - Vorrichtung zur Leitfähigkeitsmessung in Rohrleitungen mit kleinen Durchmessern

Info

Publication number: DE29813783U1
Application number: DE29813783U
Authority: DE
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 1998-08-01
Filing date: 1998-08-01
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2008-08-02

Description

F:\IJBDHF\DHFANM\1216O35

Anmelder:

Endress + Hauser

Conducta Gesellschaft für Mess-

und Regeltechnik mbH + Co.

Dieselstraße 24

70839 Gerungen

1216 035 31.07.1998

wrz / neg

Titel: Vorrichtung zur Leitfähigkeitsmessung in Rohrleitungen mit kleinen Durchmessern

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit einer Messflüssigkeit, mit einem von der Messflüssigkeit durchströmbaren Rohrleitungsabschnitt und mit einer Sendespule und einer zu dieser in einem Abstand in axialer Richtung angeordneten Empfangsspule.

Derartige Messvorrichtungen sind bspw. aus dem Bereich der Chemie oder Pharmazie aus dem Stand der Technik bekannt. Dort werden diese Messvorrichtungen zur Messung der Leitfähigkeit von Komponenten für Arzneimittel oder

Chemikalien oder zur Messung der Leitfähigkeit der Arzneimittel oder Chemikalien selbst eingesetzt.

Zur Messung der Leitfähigkeit einer Messflüssigkeit wird bei den bekannten Messvorrichtungen üblicherweise ein induktiver Leitfähigkeitssensor mit Sendespule und Empfangsspule in dem Rohrleitungsabschnitt angeordnet, d.h. der gesamte Leitfähigkeitssensor ist von der Messflüssigkeit umgeben.

Bei einem induktiven Leitfähigkeitssensor wird an der Sendespule eine Spannung angelegt, die einen Stromfluss in der Sendespule bewirkt, wodurch ein Stromfluss in der Messflüssigkeit hervorgerufen wird. Durch diesen Stromfluss in der Messflüssigkeit, der die Sende- und die Empfangsspule als Stromschleife umgibt, sind die Sendespule und die Empfangsspule miteinander gekoppelt. Aufgrund dieser Kopplung wird in der Empfangsspule eine Spannung bzw. ein Strom hervorgerufen. Der Strom oder die Spannung wird gemessen und an einen Messumformer weitergeleitet. Dieser bestimmt hieraus sowie aus der Geometrie des Leitfähigkeitssensors (Zellkonstante k), und der Anzahl der Windungen N der Primärwicklung der Sendespule und der Anzahl der Windungen N der Sekundärwicklung der Empfangsspule die Leitfähigkeit der Messflüssigkeit.

Voraussetzung für den Strotnfluss in der Messflüssigkeit ist jedoch, dass die Sende- und Empfangsspulen in ihrer Gesamtheit von der leitfähigen Messflüssigkeit umgeben sein müssen, was bedeutet, dass der induktive Leitfähigkeitssensor innerhalb des Rohrleitungsabschnitts angeordnet sein muss.

Das hat jedoch den Nachteil, dass wegen der relativ großen Abmessungen der bekannten induktiven Leitfähigkeitssensoren auch die Rohrleitungsabschnitte eine bestimmte Mindestgröße aufweisen müssen, damit der Leitfähigkeitssensor in seiner Gesamtheit in diesen angeordnet werden kann.

Insbesondere im Pharmaziebereich gibt es jedoch Erzeugnisse mit einer Jahresproduktion im Bereich von wenigen Litern. Diese Erzeugnisse fließen bei der Herstellung durch Rohrleitungen mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 10 mm. In Rohrleitungen mit einem derart geringen Durchmesser lassen sich die bekannten induktiven Leitfähigkeitssensoren jedoch nicht anordnen. Eine Miniaturisierung der induktiven Leitfähigkeitssensoren, so dass sie auch in Rohrleitungsabschnitten mit einem Durchmesser von 2 bis 10 mm Platz fänden, ist wegen des komplexen Aufbaus der Sensoren nicht möglich.

Es erweist sich ebenfalls als unmöglich, in den Rohrleitungsabschnitten einen Bereich mit größerem Durchmesser vorzusehen, in welchem herkömmliche induktive Leitfähigkeitssensoren Platz fänden. In solchen Bereichen mit einem größeren Durchmesser würden sich Verwirbelungen, Gegenströmungen, Gebiete ohne Strömung und andere störende Einflüsse ausbilden, die die Ansammlung von Bakterien oder Inhomogenitäten der Messflüssigkeit hervorrufen würden. Insbesondere im Bereich der Pharmazie darf es aus verständlichen Gründen keinesfalls zu Ansammlungen von Bakterien bei der Herstellung von Medikamenten oder zu Inhomogenitäten des herzustellenden Medikaments kommen. Durch Ansammlungen von Inhomogenitäten könnten darüber hinaus die Ergebnisse der Leitfähigkeitsmessung verfälscht werden.

Im Bereich der Pharmazie werden die Komponenten einer Flüssigkeit häufig mittels der Flüssigkeitschromatographie derart getrennt, dass eine Komponente nach der anderen durch den Rohrleitungsabschnitt fließt. Bereiche mit größeren Durchmessern innerhalb der Rohrleitung würden wegen der Verwirbelungen, Gegenströmungen, etc. den gleichmäßigen Fluss der Komponenten beeinträchtigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend

weiterzubilden, dass die Messung der Leitfähigkeit einer Messflüssigkeit in Rohrleitungsabschnitten mit kleinen Durchmessern, insbesondere mit Durchmessern von weniger als 2 0 mm ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist die eingangs bereits erörterte gattungsbildende Vorrichtung zum Messen der Leitfähigkeit einer Messflüssigkeit derart ausgestaltet, dass

der Rohrleitungsabschnitt einen Durchmesser von weniger als 20 mm aufweist,

der Rohrleitungsabschnitt durch die Sende- und Empfangsspulen verläuft,

in Strömungsrichtung vor und hinter den Sende- und Empfangsspulen jeweils ein Kontakt mit der Messflüssigkeit elektrisch leitend in Verbindung steht und die Kontakte elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ermöglicht das Messen der Leitfähigkeit einer Messflüssigkeit in Rohrleitungsabschnitten mit kleinen Durchmessern. Dabei verläuft der Rohrleitungsabschnitt durch die Sende- und Empfangsspulen. Da die Sende- und Empfangsspulen nun nicht

mehr in ihrer Gesamtheit von der leitfähigen Messflüssigkeit umgeben sind und es somit zu keinem Stromfluss in Form einer Stromschleife um die Sende- und Empfangsspulen kommen kann, bedarf es einer zusätzlichen elektrisch leitenden Verbindung der Messflüssigkeit vor den Sende- und Empfangsspulen mit der Messflüssigkeit hinter den Sende- und Empfangsspulen. Die elektrisch leitende Verbindung wird durch jeweils einen Kontakt realisiert, der in Strömungsrichtung vor und hinter den Sende- und Empfangsspulen mit der Messflüssigkeit elektrisch leitend in Verbindung steht, wobei die Kontakte außerhalb des Rohrleitungsabschnitts über ein elektrisch leitendes Verbindungselements miteinander verbunden sind.

Bei einer an die Sendespule angelegten Spannung u verläuft die von der Spannung u hervorgerufene Stromschleife nunmehr von einem ersten Kontakt durch die Messflüssigkeit in dem von der Sende- und der Empfangsspule umschlossenen Bereich zu dem zweiten Kontakt und von diesem über die elektrisch leitende Verbindung außerhalb des Rohrleitungsabschnitts zurück zu dem ersten Kontakt. Durch diese Stromschleife wird dann in der Empfangsspule eine Spannung induziert, bzw. ein Strom erzeugt, die bzw. der gemessen und an einen Messumformer weitergeleitet wird, der hieraus dann die Leitfähigkeit der Messflüssigkeit berechnet:

&sgr;= - · k ■ N²
u

Aufgrund der geringen geometrischen Abmessungen des induktiven Leitfähigkeitssensors der erfindungsgemäßen Messvorrichtung hat die Zellkonstante einen relativ großen Wert. Sie kann bei dem beschriebenen Aufbau durch die Gleichung -¹

k = A

näherungsweise bestimmt werden. 1 ist die Länge des von der Sende- und der Empfangsspule umschlossenen Rohrleitungsabschnitts und ist im Vergleich zum Stand der Technik etwas größer. A ist die Fläche des von der Sende- und Empfangsspule umschlossenen Rohrleitungsabschnitts und ist bei der er findlingsgemäßen Messvorrichtung wesentlich kleiner als bei den bekannten Messvorrichtungen. Die Zellkonstante k des Leitfähigkeitssensors der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist somit wesentlich größer als bei den Messvorrichtungen aus dem Stand der Technik. Der Widerstand R_n- der Messflüssigkeit ist proportional der ZeI] konstante k. Aus diesem Grund ist auch der Widerstand R_n bei dem induktiven Leitfähigkeitssensor der erfindurigsgemäßen Messvorrichtung sehr groß. Verglichen mit dem Widerstand R_n der Messflüssigkeit ist der Widerstand R_met der elektrisch leitenden Kontakte und Verbindungselemente wesentlich kleiner. Der Stromfluss in der Empfangsspule ist somit hauptsächlich abhängig von dem

Widerstand R_fl der Messflüssigkeit; der Widerstand R_n^ ist bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit Rohrleitungsabschnitten mit kleinen Durchmessern vernachlässigbar klein. Der in der Empfangsspule gemessene Strom bzw. die dort induzierte Spannung ist somit insbesondere bei Rohrleitungsabschnitten mit kleinen Durchmessern ein zuverlässiger und genauer Hinweis auf die Leitfähigkeit der Messflüssigkeit. Die Abhängigkeit des Sende- und Empfangsspule koppelnden Stroms vom Widerstand R_met der elektrisch leitenden Verbindung steigt mit zunehmendem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung besonders gut zum Messen der Leitfähigkeit von Messflüssigkeiten in Rohrleitungsabschnitten mit kleinen Durchmessern geeignet.

Erfindungsgemäß ist demnach erkannt worden, dass die kreisringförmigen Sende- und Empfangsspulen des induktiven Leitfähigkeitssensors in ihrer Gesamtheit von der leitfähigen Messflüssigkeit umgeben sein müssen, um eine Stromschleife um die Sende- und Empfangsspule und damit einen Stromfluss in der Empfangsspule zu ermöglichen. Außerdem wurde erkannt, dass falls die Sende- und Empfangsspule nicht in ihrer Gesamtheit von der leitfähigen Messflüssigkeit umgeben sind, die Stromschleife mittels einer elektrisch leitenden Verbindung geschlossen werden kann. Schließlich ist erkannt worden, dass der Widerstand

R_meC der elektrisch leitenden Verbindung bei Rohrleitungsabschnitten mit kleinen Durchmessern wesentlich kleiner ist als der Widerstand R_n der Messflüssigkeit, so dass der in der Empfangsspule hervorgerufene Strom im Wesentlichen von dem Widerstand R_fl der Messflüssigkeit abhängt und somit einen.genauen Hinweis auf die Leitfähigkeit der Messflüssigkeit gibt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfinduiigsgemäßen Vorrichtung sind die metallischen Kontakte über einen Draht miteinander elektrisch leitend verbunden. Vorteilhafterweise weist der Draht einen kleinen Widerstandswert R_tnec im Vergleich zu dem Widerstandswert der Messflüssigkeit R_fl auf.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Rohrleitungsabschnitt in einen Sensorleitungsabschnitt im Bereich der Sende- und Empfangsspulen und in zwei Zuleitungsabschnitte in Strömungsrichtung vor und hinter den Sende- und Empfangsspulen unterteilt, wobei die Zuleitungsabschnitte in einem Abstand zueinander angeordnet sind und durch Rohrverbinder aus leitfähigem Material als Kontakte flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Mittels der Rohrverbinder kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung problemlos in bestehende Rohrleitungen eingesetzt werden.

Dazu müssen die Rohrleitungen lediglich aufgetrennt werden und ein Teil der Rohrleitung, der der Länge des Sensorleitungsabschnittes entspricht, aus der Rohrleitung herausgenommen werden. Dann kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung in die Rohrleitung zwischen den beiden Zuleitungsabschnitten eingesetzt werden und mittels der Rohrverbinder mit den Enden der Zuleitungsabschnitte flüssigkeitsdicht verbunden werden. Die Rohrverbinder dienen auch als Kontakte und stehen mit der Messflüssigkeit elektrisch leitend in Verbindung. Die Rohrverbinder bestehen vorteilhafterweise aus Edelstahl.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht der Rohrleitungsabschnitt aus einem elektrisch nichtleitenden Material. Vorteilhafterweise besteht die Rohrleitung aus Teflon. Teflon ist als chemisch und mechanisch besonders beständiges Material sehr gut geeignet als Rohrleitungsmaterial, insbesondere im Bereich der Chemie und Pharmazie, wo auch die Leitfähigkeit von chemisch aggressiven oder abrassiven Messflüssigkeiten gemessen werden muss.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kommen insbesondere -bei Rohrleitungen mit einem Durchmesser von bis 10 mm zum Tragen. Bei derart kleinen Durchmessern ist die Abhängigkeit des in der Empfangsspule gemessenen

Stromes, der durch die an der Empfangsspule angelegte Spannung hervorgerufen wird, von dem Widerstand R_met der elektrischen Verbindung der beiden Kontakte vernachlässigbar gering.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer ersten Ausführungsform im Schnitt.

Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Messvorrichtung ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die Messvorrichtung 1 dient zum Messen der Leitfähigkeit einer Messflüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt 2 mittels eines induktiven Leitfähigkeitssensors 3. Der Leitfähigkeitssensor 3 weist eine kreisringförmige Sendespule 4 auf. In einem Abstand in axialer Richtung zu der Sendespule 4 ist eine kreisringförmige Empfangsspule 5 angeordnet.

Der Rohrleitungsabschnitt 2 ist in einen Sensorleitungsabschnitt 2a im Bereich des Leitfähigkeitssensors 3 und in zwei Zuleitungsabschnitte 2b in Strömungsrichtung vor und hinter den Sende- und Empfangsspulen 4, 5 unterteilt. Der Sensorleitungsabschnitt 2a und die Zuleitungsabschnitte 2b

sind in einem Abstand zueinander angeordnet. Die einzelnen Abschnitte 2a, 2b sind durch Rohrverbinder 6 aus leitfähigem Material flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Die Rohrverbinder 6 stehen mit der Messflüssigkeit elektrisch leitend in Verbindung. Die Rohrverbinder 6 sind über einen Draht 7 elektrisch leitend miteinander verbunden.

Wird nun an die Sendespule 4 eine Spannung u angelegt, bilden sich Stromschleifen 9 (gestrichelte Linie) aus, die die Sende- und Empfangsspule 4, 5 umschließen. Die Stromschleifen 9 verlaufen in der Messflüssigkeit im Bereich des Sensorleitungsabschnitts 2a und in dem Draht 7. Die Stromschleifen 9 rufen einen Stromfluss i in der Empfangsspule 5 hervor. Der Stromfluss i ist ein Maß für die Leitfähigkeit 5 der Messflüssigkeit. Der Strom i wird mittels einer Strommessvorrichtung 8 gemessen. Der gemessene Wert wird über einen Anschluss 3a an einen Messumformer 10 geleitet, der aus dem gemessenen Strom i, aus der an der Sendespule 4 anliegenden Spannung u, aus der Zellkonstante k und aus der Anzahl N der Primärwicklungen der Sendespule und der Anzahl N der Sekundärwicklungen der Empfangsspule einen Wert für die Leitfähigkeit &sgr; der Messflüssigkeit ermittelt.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung (1) zum Messen der Leitfähigkeit einer Messflüssigkeit, mit einem von der Messflüssigkeit durchströmbaren Rohrleitungsabschnitt (2) und mit einer Sendespule (4) und einer zu dieser in einem Abstand in axialer Richtung angeordneten Empfangsspule (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrleitungsabschnitt (2) einen Durchmesser von weniger als 20 mm aufweist, der Rohrleitungsabschnitt (2) durch die Sende- und Empfangsspulen (4, 5) verläuft, in Strömungsrichtung vor und hinter den Sende- und Empfangsspulen (4, 5) jeweils ein Kontakt (6) mit der Messflüssigkeit elektrisch leitend in Verbindung steht und

die Kontakte (6) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (6) über einen Draht (7) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert R_mec des Drahtes (7)

wesentlich kleiner ist als der Widerstandswert R_fl der Messflüssigkeit.

4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrleitungsabschnitt

(2) in einen Sensorleitungsabschnitt (2a) im Bereich der Sende- und Empfangsspulen (4, 5) und in zwei Zuleitungsabschnitte (2b) in Strömungsrichtung vor und hinter den Sende- und Empfangsspulen (4, 5) unterteilt ist, wobei die Zuleitungsabschnitte (2b) in einem Abstand zueinander angeordnet sind und durch Rohrverbinder aus leitfähigem Material flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrverbinder (6) aus Edelstahl bestehen.

6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrleitungsabschnitt

(2) aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht.

7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrleitungsabschnitt (2) aus Teflon besteht.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrleitungsabschnitt (2) einen Durchmesser von 2 bis 10 mm aufweist.