DE854684C

DE854684C - Method for determining the electrical conductivity

Info

Publication number: DE854684C
Application number: DEP22323D
Authority: DE
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1948-11-23
Filing date: 1948-11-23
Publication date: 1952-11-06

Description

Verfahren zur Bestimmung der elektrisdhen Leitfähigkeit Es ist bekannt, die elektrische Leitfähigkeit von Stoffen mit Hilfe der Wechselstrombrücke zu messen. Zur Bestimmung der Leitfähigkeit von Elektrolyten werden diese dabei in sogenannte Leitfähigkeitsmeßgefäße eingebracht, in denen platinierte Platinelektroden möglichst großer Oberfläche angeordnet und in die Wechselstrombrücke eingeschaltet sind. Diese Methode hat den Nachteil, daß die Messungen durch die Benutzung von Elektroden beeinflußt werden.Method for determining the electrical conductivity It is known, to measure the electrical conductivity of substances with the help of the AC bridge. To determine the conductivity of electrolytes, they are converted into so-called Introduced conductivity measuring vessels, in which platinum-coated platinum electrodes if possible large surface area and connected to the AC bridge. These Method has the disadvantage that the measurements are influenced by the use of electrodes will.

Es ist weiterhin schon vorgeschlagen worden, die Leitfähigkeit einer Materie dadurch zu bestimmen, daß die Hochfrequenzverluste einer Spule, deren magnetisches Feld die zu untersuchende Materie enthält, ohne Elektroden gemessen werden. Dieses Verfahren hat mehrere Vorteile, die im wesentlichen darauf beruhen, daß die Verwendung von Elektroden und damit alle durch die Elektroden bedingten Störungen und Schwierigkeiten entfallen. It has also been suggested that the conductivity of a Matter to be determined by the fact that the high frequency losses of a coil, its magnetic Field containing the matter to be examined, can be measured without electrodes. This The method has several advantages, which are essentially based on the fact that the use of electrodes and thus all disturbances and difficulties caused by the electrodes omitted.

Bei dem Verfahren der Messung der Hochfrequenzverluste können je nach der Methode Zweideutigkeiten der Meßergebnisse auftreten, die zwar bei Substitutionsmessungen im allgemeinen nicht stören, die aber bei anderen Messungen von Nachteil sein können. Die Hauptursache der Zweideutigkeit der Messung sei an Hand eines schematischen Beispiels erläutert. The method of measuring the high frequency losses can vary according to the method ambiguities of the measurement results occur, which are true in substitution measurements generally do not interfere, but can be a disadvantage for other measurements. The main cause of the ambiguity of the measurement is based on a schematic Example explained.

Eine Induktivität mit Wirbelstromverlusten ist als ein Transformator anzusehen, dessen Sekundär- wicklung mit einem von der Leitfähigkeit der Materie, in dem die Wirbelströme entstehen, abhängigen Widerstand belastet ist. Die Leistungsübertragung eines Transformators besitzt .bei Anderung der Belastung zwischen Leerlauf und Kurzschluß ein Maximum. An inductor with eddy current losses is called a transformer view whose secondary winding with one of the conductivity the matter in which the eddy currents arise is loaded with a dependent resistance. When the load changes, the power transmission of a transformer has a maximum between open circuit and short circuit.

Dies bedeutet in Übertragung auf das Verfahren zur Messung der Leitfähigkeit durch Bestimmung der Hochfrequenzverluste, daß bei zwei vetschiedenen Leitfähigkeiten derselbe dämpfende Effekt auftritt, d. h. ein gemessener Wert kann zwei verschiedene Leitfähigkeiten anzeigen. This means in terms of the method for measuring conductivity by determining the high frequency losses that with two different conductivities the same dampening effect occurs, d. H. a measured value can be two different Show conductivities.

Der Erfindung liegt nun, um zu einer Eindeutigkeit der Anzeige zu kommen, der Gedanke zugrunde, außer der dämpfenden Wirkung nodh andere Einwirkungen der Wirbelströme, die in dem Feld der Meßvorrichtung im Medium entstehen, zu bestimmen. Die Erfindung besteht darin, daß außer der Dämpfungsmessung die Größe der Änderung der Induktivität der Meßspule zur Bestimmung der Leitfähigkeit herangezogen wird. Dies hat den Vorteil, daß die eindeutige Zuordnung der Messung gegeben ist und daß man zwischen zwei Fäller gleicher Dämpfung den der tatsächlich vorliegenden Leitfähigkeit feststellen kann. The invention is now in order to achieve uniqueness of the display come, the thought underlies, besides the dampening effect and other influences to determine the eddy currents that arise in the field of the measuring device in the medium. The invention consists in that in addition to the attenuation measurement, the size of the change the inductance of the measuring coil is used to determine the conductivity. This has the advantage that the measurement is clearly assigned and that the attenuation of the conductivity actually present between two falls of the same attenuation can determine.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden. The inventive method can in different ways and Way to be carried out.

Eine Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß zur Beurteilung der größeren Leitfähigkeit bestimmt wird, ob die in der Schwingsehaltung auftretende Frequenz größer oder kleiner als die bei der Maximal dämpfung auftretende Frequenz ist.One embodiment of the method is that for assessment the greater conductivity determines whether that occurs in the swing posture Frequency higher or lower than the frequency occurring during maximum attenuation is.

Hierzu kann, da die verwendeten Schaltungen eine frequenzabhängige Kopplung besitzen, die Schwingungsamplitude durch einen Indikator gemessen werden, der nur für tiefere Frequenz als die kritische empfindlich ist. Naturgemäß kann die Schwingungsamplitude aber auch durch einen Indikator gemessen werden, der nur für höhere Frequenzen als die kritische empfindlich ist. Der Indikator sei an Hand des Prinzipschemas in Abb. I und 2 dargestellt. Die Abb. I zeigt einen Indikator, der nur für tiefere Frequenz, Abb. 2 einen Indikator, der nur für höhere Frequenz als die kritische anzeigt. This can be done because the circuits used are frequency-dependent Have coupling, the oscillation amplitude can be measured by an indicator, which is only sensitive to frequencies lower than the critical one. Naturally, can the oscillation amplitude can also be measured by an indicator that only is sensitive to higher frequencies than the critical one. The indicator is on hand of the basic scheme shown in Fig. I and 2. Fig. I shows an indicator which is only for lower frequency, Fig. 2 an indicator which is only for higher frequency as the critical indicates.

Es ist vorteilhaft, dieser Schaltung durch entsprechende Verfügung über die Lage der Dämpfungspole einen sehr steilen Dämpfungsanstieg jenseits der Grenzfrequenzen zu geben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch derart durchgeführt werden, daß die Rückkopplung einer Schwingschaltung entweder nur bei höherer oder nur bei tieferer als der kritischen Induktivität wirksam ist. Dieses Verfahren sist in erster Linie für eine Schwingaudionmessung zur Sicherung einer eindeutigen Anzeige geeignet. Bei dem Verfahren wird die Rückkopplung so dimensioniert, daß sich bei zu kleinen oder zu großen Induktivitäten keine Schwingungen erregen können. It is advantageous to use this circuit through appropriate disposal a very steep increase in attenuation beyond the To give cutoff frequencies. The method according to the invention can also be carried out in this way be that the feedback of an oscillating circuit either only at higher or is only effective if the inductance is lower than the critical one. This procedure is sist primarily for a vibration audion measurement to ensure a clear display suitable. In the process, the feedback is dimensioned so that when inductances that are too small or too large cannot cause oscillations.

Zur Erläuterung der Schaltungsmöglichkeiten von Generatorschaltungen, wie die Rückkopplungsschaltungen oder die sogenannten negativen Widerstände, Dynatron, Lichtbogen usw., kann folgendes dienen: Die von einer aus einem rückgekoppelten Verstärker oder einer anderen selbsterregbaren Schaltung hervorgebrachte Schwingungsamplitude ist darstellbar als Funktion des Verstärkungsgrades und des Rückkopplungsfaktors, die sich aus den allgemeinen Selbsterregerbedingungen KV = I berechnen läßt, wenn man K und V nach Amplitude und Phase kennt. So läßt sich von der Dämpfung oder der Phasendrehung oder beiden eines der Schaltelemente abhängig machen, indem man mit diesem Schaltelement entweder den Rückkopplungsgrad oder den Verstärkungsfaktor oder beide steuert. Dann wird also eine gewisse Funktion der beiden Variablen, Dämpfung und Phasendrehung, direkt angezeigt. Ist entweder diese Verbindung bedeutungsvoll oder sind die beidenVariablen, Dämpfung und Phasendrehung, Funktionen einer Urvariablen, nämlich der zu messenden Größe, so ermöglicht die Schaltung ein brauchbares Meßverfahren. Dabei kann das Schaltelement entweder im Eingangs- oder Ausgangskreisverstärker oder Generator oder auch in den Rückkopplungsweg eingebaut sein. To explain the circuit options of generator circuits, like the feedback circuits or the so-called negative resistors, Dynatron, Arc, etc., can serve the following: The one fed back from one Amplifier or another self-excitable circuit generated oscillation amplitude can be represented as a function of the gain and the feedback factor, which can be calculated from the general self-excitation conditions KV = I, if one knows K and V according to amplitude and phase. So can be of the damping or the Make one of the switching elements dependent on phase rotation or both by using this switching element either the degree of feedback or the gain or both controls. So then there will be a certain function of the two variables, damping and phase rotation, displayed directly. Either this connection is meaningful or are the two variables, damping and phase rotation, functions of a primary variable, namely the variable to be measured, the circuit enables a usable measuring method. The switching element can either be in the input or output circuit amplifier or generator or also be built into the feedback path.

Die Anzeige der verschiedenen Leitfähigkeitswerte kann in bekannter Weise durch Messung der Amplitude des Generators z. B. über den Anodenstrom (Audioneffekt) oder durch eine besondere Röhrenvoltmeter- oder Detektorschaltung erfolgen. The display of the various conductivity values can be known in a Way by measuring the amplitude of the generator z. B. via the anode current (audio effect) or by a special tube voltmeter or detector circuit.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand mehrerer Prinzipschaltungen erläutert. The method according to the invention is based on several basic circuits explained.

Abb. 3 zeigt eine Schaltung mit loser sekundärer Rückkopplung. Zur Entstehung einer Schwingung ist notwendig, daß die beiden Schwingungskreise 1 und 2 induktiv sind, wenn die Rückkopplung durch einen richtig gepolten Transformator vorgenommen wird. Die Frequenz wird im wesentlichen durch den Anodenschwingungskreis 2 bestimmt. Die erzeugte Frequenz wächst mit zunehmender Gleitfähig keit. Ist nun die Abstimmung des Gitterkreises so gewählt, daß beim Wachsen der Frequenz die Resonanzlage überschritten wird, so ändert sich die Phasenlage der Rückkopplung um 1800, und die Schwingung reißt ab. Bei umgekehrter Polung des Transformators wäre erst in diesem Fall die Selbsterregungsbedingung erfüllt, und es würden sich erst bei größeren Leitfähigkeiten Schwingungen erregen lassen. Es ist natürlich gleichgültig, ob die Kopplung induktiv oder kapazitiv oder als sogenannte innere Rückkopplung über die Gitteranodenkapazität der Röhre (Huth-Kühn-Schaltung) erfolgt. Fig. 3 shows a circuit with loose secondary feedback. To the The emergence of an oscillation is necessary that the two oscillation circles 1 and 2 are inductive when the feedback is through a properly polarized transformer is made. The frequency is essentially determined by the anode oscillation circuit 2 determined. The frequency generated increases with increasing lubricity. Is now the tuning of the grid circle is chosen so that the resonance position as the frequency increases is exceeded, the phase position of the feedback changes by 1800, and the vibration stops. If the polarity of the transformer were reversed, it would only be in In this case, the self-excitation condition is met, and it would only apply to larger Let conductivities excite vibrations. Of course, it doesn't matter whether they Coupling inductive or capacitive or as so-called internal feedback via the Grid anode capacitance of the tube (Huth-Kühn circuit) takes place.

Ähnliche Wirkungen lassen sich auch mit Dreipunktschaltungen erzielen, bei denen in erster Linie Größenbeziehungen und nicht, wie bei der eben beschriebenen Schaltung, Phasenbeziehungen ausgenutzt werden. Similar effects can also be achieved with three-point switching, where primarily size relationships and not, as with the one just described Circuit, phase relationships are exploited.

Die Abb. 4 zeigt eine Rückkopplungsschaltung, bei der die Stärke der Rückkopplung durch das Verhältnis Lg und die Verstärkung durch den Re-La sonanzwiderstand des aus Lg, La und C bestehenden Kreises gegeben ist. Lg sei die Meßspule: dann nehmen beide Großen mit wachsender Leitfähigkeit zunächst ab, wobei die Größen von Lg und La so zu wählen sind, daß die Schwingung spätestens bei Erreichen der kritischen Frequenz aufhört. Da die Induktivität später nicht wieder wächst, lebt die Schwingung nicht wieder auf. Fig. 4 shows a feedback circuit in which the strength the feedback through the ratio Lg and the gain through the resonance resistance of the circle consisting of Lg, La and C is given. Let Lg be the measuring coil: then to take both large sizes initially decrease with increasing conductivity, whereby the sizes of Lg and La are to be chosen so that the oscillation at the latest when reaching the critical Frequency stops. Since the inductance does not increase again later, the oscillation lives not up again.

Die .-2usführungsform nach Abb. 5 zeigt eine Schaltung, bei der.ll oder L als Meßspule eingeschaltet sind. Da hei Il=o der Rückkopplungsfaktor= Cist, nimmt er mit wachsender Frequenz K stark ah, da die Kapazität K durch eine Serienschaltung von 111 und K ersetzt ist, deren kapazitiver Widerstand mit zunehmender Frequenz kleiner und schließlich induktiv wird. Bei induktivem Widerstand sind die Selbsterregungsbedingungen nicht mehr erfüllt. Die Schwingung reißt jedoch schon vorher ab, da der kapazitive Widerstand im Gitterkreis zu klein wird. The embodiment according to Fig. 5 shows a circuit in which or L are switched on as the measuring coil. Since Il = o is the feedback factor = C, it increases with increasing frequency K strongly ah, since the capacitance K is connected in series is replaced by 111 and K, their capacitive resistance with increasing frequency becomes smaller and eventually inductive. In the case of inductive resistance, the self-excitation conditions are no longer fulfilled. The oscillation breaks off beforehand, however, because the capacitive one Resistance in the grid circle becomes too small.

Die Al)l). 6 und 7 zeigen zwei andere Schaltungen. Bei der Schaltung nach Abb. 6 muß die Parallelschaltung K, J kapazitiv sein, d. h. M darf eine gewisse Größe nicht unterschreiten, während bei der Schaltung nach RAbb. 7 die Parallelschaltung K, M induktiv sein muß. The Al) l). 6 and 7 show two other circuits. When switching According to Fig. 6, the parallel connection K, J must be capacitive, i. H. M is allowed a certain Do not fall below the size, while with the switching according to RAbb. 7 the parallel connection K, M must be inductive.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Rückkopplungsschaltung vorteilhaft durchgeführt werden, die einen mehrstufigen Röhrenverstärker enthält. Dadurch wird die Meßempfindlichkeit gesteigert. Die Dimensionierung ist einfach mit bekannten MittelnLclurchzufiilhren, weil die einzelnen Eigenschaften auf getrennte Schaltelemente verteilt werden können. So ergibt sich eine bequeme Regelung von Rückkopplung und Verstärkung. The method according to the invention can be implemented with a feedback circuit be carried out advantageously, which contains a multi-stage tube amplifier. This increases the measurement sensitivity. Sizing is easy To be carried out by known means, because the individual properties have separate properties Switching elements can be distributed. This results in a convenient regulation of Feedback and amplification.

Das ersindungsgemäße Verfahren kann weiterhin so durchgeführt werden, daß die einfachen Schaltelemente, Spulen und Kondensatoren, in an sich bekannter Weise durch Netzwerke ersetzt werden, wodurch ebenfalls etwa gewünschte Frequenzcharakteristiken leichter realisiert werden können. The inventive method can still be carried out so that the simple switching elements, coils and capacitors, in itself known Wise replaced by networks, which also produce about the desired frequency characteristics can be realized more easily.

PATENTANSPREFCHF I. Verfahren zur elektrodenlosen Bestimmung der Leitfähigkeit eines Mediums durch Messung der Hochfrequenzverluste im Medium, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Dämpfungsmessung die Größe der Änderung der Induktivität der Meßspule zur Bestimmung der Leitfähigkeit herangezogen wird. PATENT APPROACH I. Method for the electrodeless determination of the Conductivity of a medium by measuring the high frequency losses in the medium, thereby characterized in that, in addition to the attenuation measurement, the size of the change in inductance the measuring coil is used to determine the conductivity.

Claims

2. The method according to claim I, characterized in that for assessment the size of the conductivity determines whether that occurs in the oscillating circuit Frequency greater or lesser than the critical occurring at the maximum attenuation Frequency is.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Vibration amplitude is measured by an indicator. the only for lower frequency than is sensitive to the critical.

4. The method according to claim I and 2, characterized in that the Vibration amplitude is measured by an indicator that only applies to higher frequencies than the critical one is sensitive.

5. The method according to claim 1, characterized in that the feedback the oscillating circuit either only at higher levels or only at lower levels than the critical one Inductance is effective.

6. The method according to claim I to 5, characterized in that the Circuit contains a multi-stage tube amplifier.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that simple Switching elements are replaced by networks.