DE3518186C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 00 38 551 A1 bekannt und gestattet es, nach einem Abgleich, bei dem die durch die beiden feldererzeu­ genden Sendeelektroden in der Empfangselektrode bewirk­ ten Ströme gegenseitig kompensiert sind, die Verände­ rung der effektiven Dielektrizitätskonstante im Bereich der Felder der Sendelektroden dadurch zu erfassen, daß der Strom in der Empfangselektrode einen von Null ver­ schiedenen Wert annimmt. Wenn das zu überwachende Medium sich bei der Durchführung des Nullpunktsab­ gleichs bereits innerhalb der Reichweite der durch die Sendeelektroden erzeugten Felder befindet, ist es mit der bekannten Vorrichtung nicht möglich, Absolutmes­ sungen durchzuführen, denn nach dem Nullpunktsabgleich befindet sich der Arbeitspunkt der Anordnung nicht an einer vorherbestimmbaren Stelle der Bereiche mit unter­ schiedlichen Steigungen aufweisenden Kennlinie der Vorrichtung.

In der DE-PS 20 37 157 ist eine Vorrichtung zum Erfas­ sen der Dielektrizitätskonstante eines Mediums be­ schrieben, die drei Elektrodenflächen und einen einer der Elektrodenflächen zugeordneten Schalter aufweist.

Die Elektrodenflächen sind in einer Ebene fluchtend zueinander angeordnet und mit einem Meßgenerator ver­ bunden, wobei die Kapazitäten zwischen den Elektroden­ flächen und die Resonanz im elektrischen Stromkreis ausgenutzt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die es gestattet, eine Absolutmessung der effektiven Dielektrizitätskonstante durchzuführen und auch dann einen Abgleich vorzunehmen, wenn das zu überwachende Medium bereits im Erfassungs­ bereich liegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die erste und zweite Sendeelektrode bildet zusammen mit der Empfangselektrode ein Referenzsystem, wobei das Meßvolumen durch die dritte flächige Sendeelektrode und die Empfangselektrode aufgespannt wird. Die vorzugs­ weise in Keramik oder in andere geeignete Isoliermate­ rialien eingebetteten Elektroden sind in ihren Abstän­ den mechanisch starr festgelegt.

Neben einer Erfassung der Füllhöhe von Wasser unter einer Ölschicht gestattet es die Vorrichtung, den Wassergehalt einer Öl-Wasser-Emulsion sowie die Größe und Sinkgeschwindigkeit eines Wassertropfens, der die Ölschicht durchquert, zu erfassen. Der Wassergehalt einer Emulsion läßt sich bis in den ppm-Bereich vermes­ sen. Im Falle einer Schichtung von Öl auf Wasser ist bei einem voll ausgefüllten Meßvolumen der Wasserfüll­ stand mit einer Auflösung mit 100 µm Bereich zu erfas­ sen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel mit in einem Behälter eingebauten Elektroden,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Flanschausführung des Sensorteils und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Messung im Durchfluß.

In Fig. 1 ist die Vorrichtung zur Erfassung der effek­ tiven Dielektrizitätskonstante eines Mediums, bei­ spielsweise einer Öl-Wasser-Emulsion schematisch mit ihren Baugruppen für die Auswerteeinrichtung und die Ansteuereinrichtung sowie mit dem diverse Elektroden aufweisenden Sensorteil dargestellt.

Der Sensorteil der Vorrichtung weist voneinander iso­ liert eine erste Sendeelektrode 5, eine zweite Sende­ elektrode 6, eine Empfangselektrode 7 und eine von der Empfangselektrode 7 durch einen Meßraum 8 getrennte zusätzliche dritte Sendeelektrode 9 auf, die so ange­ ordnet ist, daß die metallische Empfangselektrode 7 für die dritte Sendeelektrode 9 eine elektrische Abschir­ mung gegenüber den Wechselfeldern der ersten Sendeelek­ trode 5 und der zweiten Sendeelektrode 6 bildet.

Die erste Sendeelektrode 5 ist über ein abgeschirmtes Kabel mit einem ersten Ansteuerverstärker 10 und die zweite Sendeelektrode 6 über ein abgeschirmtes Kabel mit einem zweiten Ansteuerverstärker 11 verbunden. Über die Ansteuerverstärker 10, 11 werden die Sendeelektro­ den 5, 6 mit um 180° phasenverschobenen Wechselspan­ nungen beaufschlagt, die beispielsweise Frequenzen zwischen 10 kHz und 100 kHz sowie Amplituden in der Größenordnung von 25 V _ss haben. Eine der Sendeelektro­ den, beispielsweise die zweite Sendeelektrode 6, ist über den ersten Kontakt 12 einer Schalteranordnung 13 mit dem zugeordneten Ansteuerverstärker 11 verbunden, so daß die Möglichkeit besteht, die zweite Sendeelek­ trode 6 abzuschalten. Über den zweiten Kontakt 14 ist der Ausgang des zweiten Ansteuerverstärkers 11 mit einem Potentiometer 15 verbunden, an dem eine Spannung abge­ griffen wird, die über eine abgeschirmte Leitung 16 zur dritten Sendeelektrode 9 geführt ist.

Der Eingang 17 des ersten Ansteuerverstärkers 10 wird über einen Phasenschieber 18 mit dem Ausgangssignal eines amplitudenstabilen Oszillators 19 beaufschlagt, der weiterhin den Eingang 20 des zweiten Ansteuerver­ stärkers 11 speist, so daß an den Ausgängen der Ansteu­ erverstärker 10, 11 gegenphasige Wechselspannungen vorliegen. Um zu erreichen, daß die durch die gegen­ phasig beaufschlagten Sendeelektroden 5, 6 in der Emp­ fangselektrode 7 erzeugten Ströme sich gegenseitig kom­ pensieren können, ist die Amplitude der dem zweiten Ansteuerverstärker 11 zugeführten Wechselspannung bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines zwischen dem Ausgang des Oszillators 19 und dem Eingang 20 des zweiten Ansteuerverstärkers 11 geschal­ tetes Potentiometer 21 veränderbar. Beim Betätigen des Potentiometers 21 kann das Verhältnis der die Sende­ elektroden 5, 6 beaufschlagenden gegenphasigen Wechsel­ spannungen je nach dem Verhältnis der Einwirkungen der Felder der Sendeelektroden 5, 6 auf die Empfangselek­ trode 7 so eingestellt werden, daß der in der Empfangs­ elektrode 7 erzeugte Meßstrom verschwindet, wenn die zweiten Kontakte 14 der Schalteranordnung 13 geöffnet und die ersten Kontakte 12 der Schalteranordnung 13 geschlossen sind.

Um die manuelle Justage mit Hilfe des Potentiometers 21 auch selbsttätig durchführen zu können, ist der Eingang 20 nicht nur über einen Widerstand 22 mit dem Potentio­ meter 21, sondern auch über einen weiteren Widerstand 23 mit einem Nullpunktskorrekturschaltkreis 24 verbun­ den, wobei durch Verwenden eines dritten Widerstandes 25 der zweite Ansteuerverstärker 11 insgesamt als Summierer für die über das Potentiometer 21 und über den Nullpunktskorrekturschaltkreis 24 eingespeisten Spannungen des Oszillators 19 wirkt.

Der Nullpunktskorrekturschaltkreis 24 verfügt über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Taste, bei deren Betäti­ gung ermittelt wird, ob der von der Empfangselektrode 7 in die Auswerteeinrichtung abgegebene Meßstrom Null ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird entsprechend der Abweichung des Meßstromes in der Empfangselektrode 7 die über den Widerstand 23 eingespeiste Wechselspan­ nung so lange erhöht oder erniedrigt, bis die Wirkungen der von den Sendeelektroden 5, 6 erzeugten Felder im Bereich der Empfangselektrode 7 kompensiert sind.

Die Empfangselektrode 7 ist über ein abgeschirmtes Kabel mit dem niederohmigen Eingang eines auf die Be­ triebsfrequenz des Oszillators 19 abgestimmten Schmal­ bandverstärkers 26 verbunden. Das verstärkte Ausgangs­ signal gelangt zu einem phasenempfindlichen Gleichrich­ ter 27, dessen Phaseneingang über einen Phasenschieber 28 ebenfalls mit dem Oszillator 19 verbunden ist. Das auf diese Weise frequenzselektiv verstärkte und phasen­ selektiv gleichgerichtete Meßsignal der Empfangselek­ trode 7 gelangt schließlich zu einer Integrations- und Verstärkungsschaltung, deren Ausgangssignal ein Maß für das auf die Empfangselektrode 7 einwirkende elektrische Wechselfeld ist.

Die Integrations- und Verstärkungsschaltung 29 ist über einen ersten Ausgang mit dem Eingang des Nullpunkts­ korrekturschaltkreises 24 verbunden, so daß bei einem Wirksamwerden des Nullpunktskorrekturschaltkreises 24 eine Rückkopplung erfolgen kann, die einen internen Abgleich des Sensorteils gestattet, bei dem die dritte Sendeelektrode 9 nicht angeschaltet ist und bei dem der Abgleich so vorgenommen wird, daß das in den Schmal­ bandverstärker 26 eingespeiste Meßstromsignal ver­ schwindet.

Ein zweiter Ausgang der Integrations- und Verstärkungs­ schaltung 29 ist mit einer Schnittstelle 30 verbunden, die ihrerseits an eine in der Zeichnung nicht darge­ stellte Auswerteeinheit angeschlossen ist, die es ge­ stattet, die effektiven Dielektrizitätskonstanten im Meßraum 8 auszuwerten, wodurch die Bestimmung der Füllhöhe von Wasser unter einer Ölschicht oder die Bestim­ mung des Wassergehaltes einer Öl-Wasser-Emulsion im Meßraum 8 ermöglicht wird.

Das am Ausgang der Schnittstelle 30 zur Verfügung ste­ hende vorzugsweise digitalisierte Signal ist zunächst nach dem internen Abgleich des Sensorteils noch Null und nach dem Schließen der zweiten Kontakte 14 der Schalteranordnung 13 eine Funktion der effektiven Di­ elektrizitätskonstante im Meßraum 8 des Sensorteiles. Da die dritte Sendeelektrode 9 ähnlich wie die Sende­ elektroden 5, 6 ein auf die Empfangselektrode 7 einwir­ kendes elektrisches Wechselfeld erzeugt, wird den sich kompensierenden Feldern der Sendeelektroden 5, 6 bei geschlossenen Kontakten 12, 14 ein weiteres Feld über­ lagert, wobei aufgrund der brückenartigen Schaltung der verschiedenen Elektroden 5, 6, 7, 9 eine hohe Langzeit­ stabilität erreicht werden kann. Von besonderem Vorteil ist es dabei, daß die in Fig. 1 dargestellte Schal­ tungsanordnung und Konfiguration des Sensorteils eine Absolutmessung der Füllhöhe oder des Wassergehaltes einer zwei Komponenten enthaltenden Flüssigkeit im Meßraum 8 gestattet. Die zweite Komponente neben Wasser kann z. B. Öl oder Alkohol sein, deren Dielektrizitäts­ konstanten wesentlich kleiner als die des Wassers sind. Die Empfindlichkeit des Sensorteils läßt sich mit Hilfe des Potentiometers 15 einstellen, wobei beim Abgreifen einer höheren Spannung auch größere Entfernungen der dritten Sendeelektrode 9 von der Empfangselektrode 7 möglich sind.

Wenn während des Meßvorganges die zweiten Kontakte 14 der Schalteranordnung 13 geöffnet werden, kann in be­ liebigen Zeitintervallen erneut eine Eichung des Sen­ sorteiles mit Hilfe des internen Abgleichs stattfinden, ohne daß das Medium im Meßraum 8 den Sensorteil beein­ flussen kann. Das Medium kann nur dann auf die Emp­ fangselektrode 7 einwirken, wenn die dritte Sende­ elektrode 9 mit einer Spannung versorgt ist, deren Frequenz in dem schmalen Band des Schmalbandverstärkers 26 liegt und deren Phase starr mit der Phase des Oszil­ lators 19 gekoppelt ist.

Wenn die Schalteranordnung 13 so betätigt wird, daß wahlweise nur einer der Kontakte 12, 14 geschlossen ist, ergibt sich eine Umschaltung zwischen der internen zweiten Sendeelektrode 6 mit der dritten Sendeelektrode 9. Je nach dem Abstand der dritten Sendeelektrode 9 und dem Wert der effektiven Dielektrizitätskonstante im Meßraum 8 ergibt sich dann am Ausgang des phasenemp­ findlichen Gleichrichters 27 ein positives oder ein negatives Signal, wobei bei einem bestimmten Abstand der Sendeelektrode 8 und einem bestimmten Wert der effektiven Dielektrizitätskonstante auch der Sonderfall eines Nullsignals vorkommen kann.

In den Fig. 2 bis 4 sind Ausführungsbeispiele für den Sensorteil detaillierter dargestellt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein beispielsweise durch eine in Fig. 2 nicht darge­ stellte obere Öffnung füllbarer metallischer Behälter 31 vorgesehen, der ein Öltank in einem Haus, eine Öl­ wanne in einem PKW oder den Öltank eines Tankers dar­ stellen soll. Unterhalb des Spiegels des flüssigen Mediums im Behälter 31 ist eine rohrförmige Elektroden­ anordnung 32 vorgesehen, die in Fig. 2 aufgeschnitten dargestellt ist. Die rohrförmige Elektrodenanordnung 32 entspricht der Empfangselektrode 7 mit den Sendeelek­ troden 5, 8 in Fig. 1. In der Nähe des Bodens des me­ tallischen Behälters 31 befindet sich eine Metallplatte 33, die der dritten Sendeelektrode 9 in Fig. 1 ent­ spricht. Die Metallplatte 33 ist durch Stege 34 vom Boden des metallischen Behälters 31 isoliert und gegen­ über dem Innenraum des Behälters 31 durch eine Zwi­ schenwand 35 aus einem Isolator getrennt. Der Raum zwischen der ebenen Metallplatte 33 und der rohrförmi­ gen Elektrodenanordnung 32 stellt den in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 8 versehenen Meßraum dar.

Die rohrförmige Elektrodenanordnung 32 besteht aus einem elektrisch leitenden Rohr 36, das sich durch den Behälter 31 erstreckt und auf seiner Außenseite von einem Isolierrohr 37 umgeben ist. Abweichend von der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsweise können statt zweier Rohre auch ein Rohr mit einer Beschichtung vor­ gesehen sein, wobei entweder das die Empfangselektrode 7 bildende elektrisch leitende Rohr 36 oder das Iso­ lierrohr 37 durch eine Beschichtung ersetzt ist. Wäh­ rend bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel eine Berührung zwischen dem elektrisch leitenden Rohr 36 und dem Isolierrohr 37 vorgesehen ist, kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß zwischen dem elektrisch leitenden Rohr 36 und dem Isolierrohr 37 ein Spalt vorhanden ist.

Wie man in Fig. 2 erkennt, ragen von den Stirnseiten des elektrisch leitenden Rohres 36 her koaxial Drähte 38 und 39 in das Innere des Rohres 36 hinein. Im Be­ reich ihrer aufeinander zuweisenden Enden 40, 41 sind die Drähte 38 und 39 ohne Abschirmung und bilden so der ersten Sendeelektrode 5 und der zweiten Sendeelektrode 6 entsprechende Elektroden. Abstandsringe 42 verhindern einen elektrischen Kontakt der Enden 40, 41 oder der Abschirmungen der Drähte 38, 39 mit der Innenwand des elektrisch leitenden Rohres 36.

Das als Sendeelektrode 5 wirksame Ende 40 des Drahtes 38 ist über ein abgeschirmtes Kabel 43 mit einem Koa­ xialstecker 44 für einen Anschluß an den Ausgang des Ansteuerverstärkers 10 verbunden. In ähnlicher Weise ist das Ende 41 über ein abgeschirmtes Kabel 45 mit einem Koaxialstecker 46 verbunden. Das die Empfangs­ elektrode 7 bildende elektrisch leitende Rohr 36 ist über ein abgeschirmtes Kabel 47 mit einem Koaxial­ stecker 48 verbunden. Auch die Metallplatte 33 ist an ein abgeschirmtes Kabel 49 mit einem Koaxialstecker 50 angeschlossen.

Während das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eine im Behälter 31 fest eingebaute Elektrodenanordnung 32 aufweist, ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besonders zum nachträglichen Einbau in einen in der Zeichnung nicht dargestellten Behälter vorgesehen, wobei die Anordnung gemäß Fig. 3 durch eine Öffnung in einen Behälter hineinragt, die durch einen Flansch 51 mit Befestigungslöchern 52 nach dem Einbau verschlossen ist.

Die rohrförmige Elektrodenanordnung 32 entspricht im wesentlichen der rohrförmigen Elektrodenanordnung 32 gemäß Fig. 2, wobei jedoch die abgeschirmten Kabel 43, 45 und 47 auf der Seite des Flansches 51 herausgeführt sind. Entsprechende Teile in Fig. 3 sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Auf der dem Flansch 51 gegenüberliegenden Seite ist die Elektrodenanordnung 32 in einem Halteteil 53 befestigt, dessen der Elektrodenanordnung 32 gegenüberliegendes Ende mit einer rinnenförmigen Elektrodenanordnung 54 mechanisch verbunden ist.

Die rinnenförmige Elektrodenanordnung 54 ist mit ihrem anderen Ende am Flansch 51 befestigt, so daß eine kompakte leicht ein- und auszubauende Sensorteileinheit gebildet ist. Die rinnenförmige Elektrodenanordnung 54 enthält zwischen einer inneren Isolatorschale 54 und einer äußeren Isolatorschale 56 eine schalenförmig gekrümmte, als zweite Sendeelektrode 9 wirksame Metall­ folie 57, die mit dem abgeschirmten Kabel 49 verbunden ist.

Wenn das Sensorteil in der in Fig. 3 dargestellten Weise in einem Öltank unterhalb dem Flüssigkeitsspiegel eingebaut ist, werden Flüssigkeitsstropfen, die in der Nähe der Elektrodenanordnung 32 absinken und dabei zu einem Signal im abgeschirmten Kabel 47 führen, in der rinnenförmigen Elektrodenanordnung 54 aufgefangen, so daß das Signal auf dem abgeschirmten Kabel 47 nach Durchlaufen des vom Wassertropfen erzeugten Pulses einen vom Ausgangspegel verschiedenen Endpegel annimmt. Durch die wassersammelnde Wirkung der rinnenförmigen Elektrode 54 wird somit eine integrierende Wirkung für in unmittelbarer Nähe der rohrförmigen Elektrodenanord­ nung 32 absinkende Wassertropfen erreicht.

Vorzugsweise sind die Isoliermaterialien der rohrförmi­ gen Elektrodenanordnung 32 und der rinnenförmigen Elek­ trodenanordnung 54 Keramik.

Neben dem Erfassen von absinkenden Wassertropfen durch Auswerten des impulsförmigen Signals auf dem abge­ schirmten Kabel 47 gestattet es die in Fig. 3 darge­ stellte Anordnung, die Füllhöhe von Wasser unter einer Ölschicht zu bestimmen, wenn die Grenzschicht zwischen dem Wasser und der Ölschicht zwischen der rinnenförmi­ gen Elektrodenanordnung 54 und der rohrförmigen Elek­ trodenanordnung 32 liegt. Beim Ansteigen der Füllhöhe wird dann wegen der höheren Dielektrizitätskonstante von Wasser ein größeres Signal auf das als Empfangs­ elektrode 7 wirksame elektrisch leitende Rohr 36 ge­ koppelt.

Wenn sich die in Fig. 3 dargestellte Anordnung in einer Öl-Wasser-Emulsion befindet, deren Flüssigkeitsspiegel oberhalb der Elektrodenanordnung 32, 54 liegt, bestimmt der Wassergehalt der Emulsion die effektive Dielektri­ zitätskonstante, weshalb nach dem Schließen der Kon­ takte 14 der Schalteranordnung 13 und dem Beaufschlagen der Metallfolie 57 mit der Sendeelektrodenspannung der Strom im Kabel 47 ein Maß für den Wassergehalt der Öl-Wasser-Emulsion ist. Unter Berücksichtigung der Temperatur ist der Wassergehalt der Emulsion bis in den ppm-Bereich zu vermessen. Im Falle einer Schichtung von Öl auf Wasser ist der Wasserfüllstand mit einer Auflö­ sung im 100 µm Bereich zu erfassen, wenn der Durchmes­ ser der rohrförmigen Elektrodenanordnung bei etwa 2 cm und die Höhe des verwendeten Behälters bei etwa 5 cm liegt. Selbst einzelne Wassertropfen, die durch eine Ölschicht sinken, ergeben ein auswertbares Signal, das es gestattet, allein auftretende Wassertropfen hin­ sichtlich ihrer Größe und Sinkgeschwindigkeit zu klas­ sifizieren.

Statt die Elektroden des Sensorteils in einen Behälter einzutauchen, ist es auch möglich, diese außerhalb eines gefüllten Behälterabschnitts anzubringen, wie in Fig. 4 am Beispiel eines Rohrleitungsabschnitts 60 dar­ gestellt ist. Der Rohrleitungsabschnitt 60 ist an seinen stirnseitigen Enden von Metallscheiben 61, 62 umgeben, die die stirnseitigen Flächen eines zylindri­ schen Metallgehäuses 63 bilden. Die in Fig. 4 darge­ stellte Anordnung gestattet es, die effektive Dielek­ trizitätskonstante von zweikomponentigen flüssigen Medien auszuwerten, die durch den Rohrleitungsabschnitt 60 hindurchströmen. Wenn es sich bei solchen Medien um mit Wasser verunreinigtes Öl handelt, kann der Wasser­ anteil erfaßt werden.

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist elektrisch im wesentlichen äquivalent der in Fig. 3 dargestellten Anordnung, wobei jedoch der durch den Rohrleitungsab­ schnitt 60 gebildete Meßraum 8 nur einen Teil des Raumes zwischen der rinnenförmigen Elektrodenanordnung 64 und der rinnenförmigen Elektrodenanordnung 65 aus­ füllt.

Die rinnenförmige Elektrodenanordnung 64 kann entspre­ chend der rinnenförmigen Elektrodenanordnung 54 ausge­ bildet sein. Da jedoch keine direkte Berührung mit dem zu vermessenden Medium erfolgt, besteht der rinnen­ förmige Halter 66 der Elektrodenanordnung 54 lediglich aus einem rinnenförmigen Isolatorteil, auf dessen kon­ kaver Innenseite eine Sendeelektrodenbelegung 67 in Gestalt eines Metallbleches oder einer metallischen Be­ schichtung aufgebracht ist. Die Sendeelektrodenbelegung 67 ist an ein abgeschirmtes Kabel 49 angeschlossen.

Die rinnenförmige Elektrodenanordnung 65 verfügt über einen rinnenförmigen Halter 68, der sowohl auf seiner konkaven Seite als auch auf seiner konvexen Seite Elektrodenbelegungen aufweist. Auf der konvexen Seite sind, wie in Fig. 4 zu erkennen ist, zwei rechteckig begrenzte Felder als Sendeelektrodenbelegungen 69 und 70 ausgebildet, die mit den Koaxialkabeln 43 und 45 verbunden sind.

Auf der konvexen Seite des rinnenförmigen Halters 68 ist großflächig eine Empfangselektrodenbelegung 71 aus­ gebildet, die aufgrund ihrer Erstreckung für die durch die Sendeelektrodenbelegungen 69, 70 erzeugten Felder eine Abschirmung in Richtung auf den Rohrleitungsab­ schnitt 60 bewirkt. Aus diesem Grunde hat die rinnen­ förmige Elektrodenanordnung 65 in Richtung auf den Rohrleitungsabschnitt 60 die gleichen Eigenschaften wie die rohrförmige Elektrodenanordnung 32 mit der allsei­ tig wirksamen Abschirmung durch das elektrisch leitende Rohr 36.

Beim Einsatz des in Fig. 4 dargestellten Sensorteils wird in der bereits oben beschriebenen Weise zunächst ein Abgleich der Elektrodenanordnung 65 bei ausgeschal­ teter Sendeelektrodenbelegung 67 durchgeführt. Danach wird die Elektrodenbelegung 67 zugeschaltet, wobei wegen des bis dahin fehlenden Einflusses der Umgebung auf die Elektrodenanordnung 65 eine Absolutmessung möglich ist. Statt die Sendeelektrodenbelegung durch zusätzliches Schließen der Kontakte 14 zuzuschalten, ist es auch möglich, gleichzeitig die Kontakte 12 der Schalteranordnung 13 zu öffnen, so daß beispielsweise eine Umschaltung zwischen der Sendeelektrodenbelegung 69 und der Sendeelektrodenbelegung 67 erfolgt. Beim erneuten Öffnen der Kontakte 14 und Schließen der Kontakte 12 ist ein neuer Abgleich des Sensorteils mög­ lich, ohne daß das im Rohrleitungsabschnitt 60 vorhan­ dene Medium diesen Abgleich beeinflußt. Die den Sende­ elektroden 5, 6 und der Empfangselektrode 7 entspre­ chenden Elektroden der oben erörterten Ausführungsbei­ spiele bilden jeweils ein Referenzsystem, dem eine flächige dritte Sendeelektrode 9 zugeordnet ist, durch die zwischen der Empfangselektrode 7 und der dritten Sendeelektrode 9 ein Meßvolumen 8 aufgespannt wird.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Erfassung der effektiven Dielek­ trizitätskonstante eines Mediums, insbesondere zur Bestimmung des Wasseranteils in einem gefüll­ ten Behälter für Öl oder Alkohol, mit einer an den Eingang einer frequenzselektiv sowie phasenselek­ tiv arbeitenden Auswerteeinrichtung angeschlosse­ nen, von einem Isolator umgebenen Empfangselektro­ de, der felderzeugende erste und zweite Sende­ elektroden zugeordnet sind, die über erste und zweite Ansteuerverstärker mit gegenphasigen Wech­ selspannungen beaufschlagt sind, deren Amplituden­ verhältnisse über einen Nullpunktkorrekturschalt­ kreis verstellbar sind, bis die in der Empfangs­ elektrode durch die Sendeelektroden influenzierten Ströme gegenseitig aufgehoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselektrode (7, 32, 65) als Elektrodenfläche ausgebildet ist, die als Abschirmung mit ihrer einen Oberseite den ersten und zweiten Sendeelektroden (5, 6, 38, 39, 69, 70) und mit ihrer der einen Oberseite gegen­ überliegenden anderen Oberseite einer dritten Sendeelektrode (9, 57, 67) zugewandt ist, die über einen Schalter (13) an die Ausgangsspannung einer der Ansteuerverstärker (11) angeschlossen ist, und daß zwischen der dritten Sendeelektrode (9) und der Empfangselektrode (7) ein Meßraum (8) ausge­ bildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schalter (13) ein Umschalter (12, 14) ist, durch den beim Verbinden der dritten Sendeelektrode (9 ) mit einem der An­ steuerverstärker (11) eine Trennung der Verbindung (12) der zugeordneten ersten oder zweiten Sende­ elektrode (6) erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Sendeelek­ trode (9) über eine einstellbare Potentiometer­ schaltung (15) mit dem Schalter (13, 14) für die Sendeelektrodenspannung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emp­ fangselektrode (7) ein in einem metallischen Be­ hälter (31) eingesetztes von einem Isolator (37) umgebenes leitendes Rohr (36) ist, in dem die erste und zweite Sendeelektrode (5, 6, 40, 41) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und zweite Sendeelektrode (5, 6) als koaxial zum Rohr (36) verlaufende Drähte (38, 39, 40, 41) ausgebildet sind, die durch Abstandsringe (42) im Innern des Rohres (36) fixiert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drähte (38, 39) teil­ weise eine mit einem Isolator umgebene Abschirmung aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Sendeelektrode (9) eine am Boden des Behälters (31) angeordnete Metallplatte (33) ist, die gegen­ über dem Behälterboden, den Behälterwandungen und dem Innenraum des Behälters (31) isoliert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Sendeelektrode (9) allseitig isoliertes lei­ tendes Blech (57) ist, das mit Halteteilen (51, 53) beidseitig am Rohr (36) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Halteteil auf der zu den Anschlußkabeln (43, 45, 47, 49) für die Elek­ troden (5, 6, 7, 9) weisenden Seite eine metalli­ sche Flanschscheibe (51) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Sendeelektrode (9, 57) rinnenförmig ausgebildet ist, wobei die konkave Seite zur Empfangselektrode (7, 36) weist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßraum (8) als von dem zu untersuchenden Medium durchströmtes Isola­ torrohr (60) ausgebildet ist, dem in einem nach außen abgeschirmten Gehäuse (63) diametral gegen­ überliegend eine erste Elektrodenanordnung (65) mit der Empfangselektrode (71) sowie der ersten und zweiten Sendeelektrode (69, 70) und eine zwei­ te Elektrodenanordnung (64) mit der dritten Sende­ elektrode (67) zugeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den Elektroden­ anordnungen (64, 65) und der Außenfläche des Iso­ latorrohres (60) ein Abstandsspalt vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Elektrodenanordnung (64, 65) jeweils auf einem mit der konkaven Seite zum Isolatorrohr (60) weisenden rinnenförmigen Halter (66, 68) ausgebil­ det sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der rinnenförmige Halter (68) der ersten Elektrodenanordnung (65) ein Iso­ latorteil ist, das auf der konkaven Seite flächig mit der Empfangselektrode (7, 71) beschichtet und auf der konvexen Seite flächig mit der ersten und zweiten Sendeelektrode (5, 6, 69, 70) belegt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der rinnen­ förmige Halter (66) der zweiten Elektrodenanord­ nung (64) ein Isolatorteil ist, das auf der kon­ kaven Seite flächig mit der dritten Sendeelektrode (7, 67) belegt ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das durch­ strömte Isolatorrohr (60) zusammen mit den beiden rinnenförmigen Haltern (66, 68) in einem rohrför­ migen Metallgehäuse (63) mit stirnseitigen Metall­ scheiben (61, 62) angeordnet ist.