DE878241C - Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfaehigkeit - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfaehigkeit

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DE878241C
DE878241C DED8157A DED0008157A DE878241C DE 878241 C DE878241 C DE 878241C DE D8157 A DED8157 A DE D8157A DE D0008157 A DED0008157 A DE D0008157A DE 878241 C DE878241 C DE 878241C
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Draegerwerk AG and Co KGaA
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance

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Description

  • Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit Zusatz zum Patent 842 677 Das Patent 842 677 bletrifft ein Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit, das ohne die Verwendung von Elektroden auskommt und darin besteht, daß der komplexe Wechselstromwiderstand einer MeRanlordnung bestimmt wird in der die zu untersuchende Materie einem oder mehreren Belegen derart gegenübergestellt ist, daß der Verschiebungsstrom überwiegend durch ein konstantes Dielektrikum und der Leitungsstrom durch die zu untersuchende Materie läuft. Das Verfahren kann dabei beispielsweise derart durchgeführt werden, daß an die zu untersuchende Materie unter Zwischenschaltung eines praktisch verlustfreien Dielektrikums in einem gewissen Abstand zwei Kondensatorbelege angelegt werden, wobei deren Kapazität gegeneinander in einer Meßanordnung bestimmt wird. Bei dieser Anordnung werden die beiden Belege durch die jeweils gegenüberliegende Materie zu zwei Kondensatoren ergänzt. Der Widerstand zwischen den beiden Kondensatoren ist. abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit.
  • Eine andere Ausführungsform des Verfahrens kann darin bestehen, daß ebenfalls unber Zwischenschaltring einles praktisch verlustfreien Dielektrikums an die Materie ein Kondensatorbelag gelegt wird, fund daß in der zu untersuchenden Materie eine Elektrode angeordnet ist. Dadurch wird nur ein Kondensator gebildet, wobei der Widerstand zwischen dem Kondensatorteil in der Materie und der Elektrode von der Leitfähigkeit abhängig ist.
  • Diese Elektrode kann auch ersetzt werden durch eine sehr große Kapazität gegen die Materie.
  • Die Messung des komplexen Wechselstromwiderstandes dieser Anordnung kann grundsätzlich mit allen bekannten Methoden durchgeführt werden.
  • So kann der - koimpe?ie Wechselsomwiderstand nach Betrag und Phase mit einer Brückenschaltung gemessen werden. Der komplexe Wechselstromwiderstand kann auch mit. einer Resonanzmethode gemessen werden. Auch ist es möglich, den komplexen Wechselstromwiderstand mit einer Phasensprungmethode zu messen.
  • Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung des Verfahrens des Patents 842 677. Sie besteht darin, daß die Übertragungskapazität des Fühlers als Abstimmkapazität des Schwingungskreises dient und der ganze Schwingkreisstrom durch den Fühler fließt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Meßstrom mit dem Schwingkreisstrom identisch, der Meßstrom ist als, o nicht nur mehr oder weniger fest mit dem Stchwingkreisstrom gekoppelt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß auch sehr große Leitfähigkeiten ohne weiteres gemessen werden kõnnen.
  • Eine Mehrdeutigkeit der Anzeige tritt nicht seit. Bei der Durchführung des Verfahrens ist zu beachten, daß einerseits die Übertragungskapazität groß genug gehalten werden muß, darn,it sie, ohne Zuschaltung fester Kapazitäten, als Schwingkreiskapazität benutzt werden kann, und daß andererseits die Oberfläche der Flüssigkeit, lauf die der Meßstrom kapazitiv übertragen wird, möglichst klein giehalten werden muß, um die Widerstände groß genug zu halten, da sie gegenüber der Dämpfung des Schwingungskreises meßbar sind. Dazu kann man einmal das Dielektrikum ehr dünn wählen.
  • Hierzu könnte beispielsweise eine metallkugel dienen, die mit einer sehr diinnen, das Übertragungsdielektrikum bildenden, isolierenden Schicht überzogen ist. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß als Übertragungsdielektrikum ein Stoff besonders hoher Dielektrizitätskonstante wie Bariumtitanat verwendet wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird zur ALIS-schaltung der geschilderten Schwierigkeiten die Anordnung so ausgebildet, daß die kapazitive Übertragungsfläche einen von einem Teil der zu untersuchenden Flüssigkeit durchflossenen aus Isoliermaterial bestehenden Hohlkörper wie eine Kugel umgibt, deren Inneres über aus Isoliermaterial bestehende Verbindungen geringen Querschnittes, wie Kapillaranschlüsse, mit der zu untersuchenden geerdeten Flüssigkeit in Verbindung steht. Dabei kann der Hohlkörper in einem weiteren Hohlkörper angeordnet sein, der in die zu untersuchende Flüssigkeit eintaucht. In den meisten Fällen ist die zu untersuchende Flüssigkeit durch eine sehr große Kapazität oder durch das Metall des Behälters geerdet. Den Meßwiderstand bildet dann der Widerstand der Flüssigkeit zwischen der Meßelektrode bzw. der Flüssigkeitsoberfläche, <lie der Meßelektrode gegenüberliegt und auf die der Meßstrom kapazitiv übertragenwird, zu der direkten oder kapazitiven Erdungsfläche. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist nun die Oberfläche, durch die die Stromli.nien gehen, sehr klein gehalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens können sowohl in Parallelschwingungskreisen als auch in Serienschaltungen verwendet werden. Die DSämpfugen dieser Kreise können auf irgendeine der an sich bekannten oder der im Patent 842 677 genannten Art gemessen werden.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht.
  • Abb. I, 2 und 6 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Meßanordnung als Parallelschwingungskreis eingeschaltet ist, während Abb. 3, 4 und 5 Meßanordnungen in Serienschaltung zeigen ; Abb. 7 und 8 -zeigen Schaltskizzen.
  • Zur Durchführung des Verfahrens sind die im genannten Patent angegebenen Fühlerformen brauchbar, wie sie z. B. in den Abb. 1 und 2 dargestellt sind. Abb. 1 stellt die Schaltung für das im genannten Patent beschriebene Meßrohr mit zwei Belegen 2 und 3 dar, dessen Übertcagungskapazitäten so groß, sein müssen, daß die resultierende Kapazität ihrer Reihenschaltung in Verbindung mit der Induktivität I zur Abstimmung auf die Betriebsfrequenz genügt.
  • Abb. 2 zeigt die Schaltung des im genannten Patent beschriebenen einseitig elektrodenlosen Fühlers, dessen Anwendung bei geerdeten Flüssigkeiten angezeigt ist. Die Erdung ist in der Abbildung durch die Elektrode 4 dargestellt.
  • Für manche Anwenjdungszwecke ist es vorteilhaft, die Fühler so auszubilden, daß sie in die Flüssigkeit eingetaucht werden können. Dazu eignen sich die in den Abb. 3 und folgende gezeigten Konstruktionen, bei Idenen die Belege durch einen Luftmantel gegen die Flüssigkeit isoliert werden, damit als ÜbLertragungskapazität nur die gegen die innere Flüssigkeitsoberfläche in Betracht kommt. Eine einfache Verlegung der Belege, etsYa nach dem Prinzip des in Abb. 1 dargestellten Meßrohres, wobei die Belege auf die Innenseite des Meßrohres und die Flüssigkeit außerhalb zu denken ist, käme wegen der großen Querschnitte nur bei verhältnismäßig schlecht leitenden Flüssigkeiten in Betracht.
  • Abb. 3 zeigt die Konstruktion und Schaltung für nicht geerdete, verhältnismäßig gut leitende Flüssigkeiten. Die Induktivität 5 bildet zusammen mit den Belegen 2 und 3 eine auf die Betriebsfrequenz abgestimmte Serienschaltung, welche den aus der Induktivität I und der Kapazität 6 bestehenden Schwingungskreis schließt. Der Luftmantel 7 schließt die Belege 2 und 3 gegen die Flüssigkeit ab.
  • Die Abb. 4 zeigt eine Fühleranordnung, die zur Messung der Leitfähigkeit geerdet er Flüssigkeiten dient. Der Stromkreis ist bier über die Übertragungskapazität des Belages 2 gegen die Flüssigkeit und den Flüssigkeitswiderstand von der Mitte des Rohres gegen die Gefäßwände geschlossen. Die Funktion der in Abb. 3 und 4 dargestellten Fühler entspricht derjenigen der in Abb. 1 und 2 dargestellten.
  • Der in Abb. 5 dargestellte Fühler unterscheidet sich von der Anordnung nach Abb. 4 dadurch, daß die Belegung 2 auf der Außenseite einer Hohlkugel liegt, deren Inneres durch die lange Kapillare 8 und die kurze enge Öffnung 9 mit der geerdeten Flüssigkeit in Verbindung steht. Bei dieser Anordnung ist der zu messende Widerstand gegeben durch den Widerstand von der engen Öffnung 9 bis zu den Gefäßwänden. Die Kapillare 8 hat gegen diesen Weg einen sehr großen Widerstand und dient nur dazu, um die Kugel mit der Flüssigkeit füllen zu können. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß trotz der kleinen Oberfläche 9 leine ausreichende Übertragungskapazität durch den großen Belag 2 zur Verfügung steht. Dieselbe Wirkung kann dadurch erzielt nverden, daß in die geerdete Flüssigkeit eine sehr kleine Metallkugel eingetaucht wird, die mit einer sehr dünnen, nicht leitenden, dielektrisuchen Schicht überzogen ist und deren Ableitung durch einen Luftmantel gegen die Flüssigkeit geschützt wird. Ein derartiger Fühler kann auch erhalten werden, wenn die Schicht dicker, aber aus einem Matei-ial von extrem hoher Dielektrizitätskonstante, wie Strontiumtitanat, gebildet ist.
  • In Abb. 6 ist eine solche Anordnung für nicht geerdete Flüssigkeiten dargestellt. Sie besteht aus zwei kleinen Metallkugeln 2 von z. B. 1 mm Durchmesser, die mit einer Schicht 10 extrem hoher Dielektrizitätskonstante überzogen sind, so daß eine so hohe Übertragungskapazität gegen die Flüssigkeit entsteht, daß der aus der Induktivität 1 und der Serienschaltung der beiden Übertragungskapazitäten bestehende Schwingungskreis, auf die Betriebsfrequenz abgestimmt ist. Der Luftmantel 7 schützt die Ableitung gegen die Flüssigkeit.
  • In. Abb. 7 ist die Prinzipschaltung einer vollständigen Meßanordnung der Deutlichkeit halber im Zusammenhang mit einem Fühler nach Abb. 2 dargestellt. Der Gitterkreis der Röhre I3 wird gebildet von der Induktivität 1 der Übertragungskapazität des Belages 2 und dem Widerstand der geerdeten Flüssigkeit innerhalb des Meßgefäßes zwischen r und der Erdungselektrode 4. Im Anodenkreis befindet sich ein Resonanzkreis 11, mit dem eine Detektorschaltung 12 als indikator gekoppelt ist.
  • Der Ausschlag des Instrumentes 14 ist ein Maß fiir die Amplitude der Spannung des von der Schaltung gebildeten Huth-Kühn-Generators. Die Spannungsamplitude dieses Generators wächst mit wachsender Leitfähigkeit der im Meßgefäß befindlichen Flüssigkeit.

Claims (5)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit nach Patent 842 677, dadurch gekennzeichnet, daß die Üb'ertragungskap azität des Füllers (Elrerktrodenanordnun ! g) als Schwingkreiskapazität dient und der ganze Schwingkreisstrom durch den Fühler fließt.
  2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß als eine Elektrode eine kleine Metallkugel dient, die mit einer sehr dünnen, das Übertragungsdielektrikum darstellenden, isolierenden Schicht überzogen ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsdielektrikum ein Stoff besonders hoher Dielektrizitätskonstante, wie Bariumtitanat, dient.
  4. 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Übertragungsfläche einen von einem Teil der Flüssigkeit durchflossenen, aus Isoliermaterial bestehenden Hohlkörper z. B. eine Hohlkugel, umgibt, deren Inneres über aus Isoliermaterial bestehenden Verbindungen geringer Querschnitte, wie Kapillaren, mit der geerdeten Flüssigkeit in Verbindung steht.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem leitenden Überzug versehene Hohlkörper in dem Innern eines zweiten von der ru untersuchenden Flüssigkeit umgebenen Hohlkörpers angeordnet ist.
DED8157A 1951-03-09 1951-03-09 Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfaehigkeit Expired DE878241C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1060486B (de) * 1956-03-29 1959-07-02 Philips Nv Zelle zur Ermittlung der Leitfaehigkeit eines Elektrolyten

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