DE904214C

DE904214C - Messzelle zur Messung der dielektrischen Eigenschaften von Substanzen

Info

Publication number: DE904214C
Application number: DES22301A
Authority: DE
Inventors: Rer Nat Habil Karl Slevogt Dr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-07-26
Filing date: 1949-07-26
Publication date: 1954-02-15

Description

Meßzelle zur Messung der dielektrischen Eigenschaften von Substanzen Die Meßzellen zur Messung der Dielektrizitätskonstante bzw. des dielektrischen Verlustes waren bisher immer aus Glas mit Metallelektroden oder aus sonstigen Isolierstoffen aufgebaut. Dies hat neben der leichten Zerbrechlichkeit und der Unmöglichkeit, Substanzen, z. B. Pulver, in den eigentlichen Meßraum einzupressen, noch den Nachteil, daß das elektrische Feld auch außerhalb des zu messenden Dielektrikums weiter verlaufen kann, was zu erheblichen Meßfehlern führen kann.
Erfindungsgemäß wird daher jede Meßzelle so konstruiert, daß sie bis auf die notwendige Isolation der zweiten Meßelektrode ganz aus Metall aufgebaut ist und die erste Elektrode gleichzeitig als Abschirmung des Feldes nach außen dient. Es wird so erreicht, daß die elektrischen Feldlinien fast vollständig im zu messenden Dielektrikum verlaufen.
In sinngemäßer Weiterbildung der Erfindung mußte auch die Zuführung bzw. der Anschluß der Meßzelle zum DK-Meßgerät in abgeschirmter und stabiler Weise erfolgen. So werden zweckmäßig alle Meßzellen mit einem konzentrischen Stecker versehen. Dabei ist der Außenmantel die Stromzuführung zu der einen Elektrode und der konzentrische Steckerstift die zu der anderen Elektrode.
So wird erreicht, daß die Kapazität der Meßzelle in sicherer und stets reproduzierbarer Form mit dem eigentlichen Meßgerät verbunden werden kann.
Durch eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann der störende Temperaturkoeffizient der ungefüllten Meßzelle durch den Einbau eines zur Meßzellenkapazität parallel geschalteten Kondensators (Trimmers) bestimmter Größe mit entgegengesetzten Temperaturkoeffizienten kompensiert werden. Es wird so erreicht, daß die leere Meßzelle keinen Temperaturgang aufweist und damit exakte Messungen der Temperaturkoeffizienten der zu messenden Substanzen möglich ist.
Abb. 1 bis 3 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Zellen. Die Abb. I zeigt zunächst eine einfache Ausführungsform. Das Metallgefäß a, das gleichzeitig die eine Elektrode darstellt, dient zur Aufnahme der zu untersuchenden Flüssigkeit und ist durch einen Deckeln abgeschlossen. Im Innern des Gefäßes ist isoliert die Gegeneiektrode b angeordnet. Zur Stromzuführung dient eine konzentrische Steckeranordnung c-d, deren Zuführungen durch einen Körper e soneinander isoliert sind.
Zur genauen Messung der Dielektrizitätskonstante von Pulvern muß in vielen Fällen die Immersionsmethode angewandt werden. Eine erfindungsgemäße Immersionspulverzelle ist beispielsweise in Abb. 2 dargestellt und enthält zwei ineinandergebaute Zylinderkondensatoren I und 2, die durch einen Trimmer g und eine Justierschraube k für den gesamten Meßbereich gleich groß gemacht werden können.
Ein Umschalter i erlaubt jeweils den einen oder den anderen Kondensator einzuschalten. Beide Kondensatoren enthalten während der Messung die sogenannte Immersionsflüssigkeit (Mischung zweier Flüssigkeiten mit verschiedener DIK, z. B. Benzol und Aceton). Der äußere Zylinderkondensator enthält darüber hinaus noch das zu messende Pulver.
Ist die DK der Immersionsflüssigkeit durch entsprechende Mischung obengenannter oder anderer Flüssigkeiten gleich der des Pulvers, so zeigt sich beim Umschalten keine Veränderung der Skaleneinstellung am Meßgerät. Zweckmäßigerweise wählt man aber je eine Immersionsflüssigkeit mit einer DK kurz über und eine kurz unter der wahrscheinlichen DK des Pulvers und wertet graphisch aus.
Durch diese Zelle wird auf einfache Weise möglich, eine genaue Bestimmung der DK von Pulvern, Körnern usw., die sonst wegen der eingelagerten Lufträume in solchen Stoffen nicht möglich ist, durchzuführen.
Zur Messung von Feststoffen dient der Feststoffkondensator. Ein solcher erfindungsgemäßer Feststoffkondensator, wie er als Beispiel in Abb. 3 dargestellt ist, geht von der sonst üblichen Schutzringmethode ab. Die zu messenden Stoffe werden in Form von zylindrischen Scheiben bestimmter Dimension in eine Meßzelle eingebracht, die eine isolierte Elektrode hat und auf die ein Kolbens bis auf einen mikrometrisch verstellbaren Abstand, der durch die Stärke der zu messenden Scheiben bestimmt ist, zukommt.- Zwischen diesem Kolben und der isolierten Platte befindet sich, nach außen durch den umgebenden Hohlkörpera abgeschirmt, der zu messende Stoff. Die Eichung dieser Feststoffzelle erfolgt mit Normal-DK-Lösungen bekannter DK.
Diese Flüssigkeiten werden in denselben Raum eingefüllt, in dem sich sonst die Feststoffplatten befinden. So kann die Messung der Feststoffe exakt auf die DK der bekannten Normalfiüssigkeiten zurückgeführt werden, ohne daß Schutzringmethoden oder ähnliche benötigt werden. Mit c, d ist wiederum die Steckanordnung bezeichnet. e sind Isolierkörper. f stellt einen Trimmer mit bestimmtem Temperaturkoeffizienten zur Temperaturkompensation und Justierung der Meßzelle dar.
Für die elektrische Schnellwasserbestimmung in pulverförmigen, körnigen und faserigen Gütern dient ebenfalls eine Feststoffmeßzelle, nur daß es sich hierbei erübrigt, den Abstand des Kolbens vDn der Gegenelektro de mikrometrisch zu verstellen.
Wesentlich ist dabei, daß der eigentliche Meßraum in seiner Dimension infolge seiner Konstruktion immer reproduzierbar ist und das Meßgut möglichst gleichmäßig in demselben verteilt ist. Dieses wird gut durch die Kolbenkonstruktion erreicht.
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens kann man die Masse des Kolbens j noch groß gegen die Masse des Meßgutes machen oder zusätzlich zum Anschluß an einen Thermostaten mit einer Wasserfüllung ausrüsten, damit ein schneller und guter Temperaturausgleich erfolgen kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Meßzelle zur Messung der dielektrischen Eigenschaften von Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle temperaturkompensiert und bis auf die notwendige Durchführungsisolation aus Metall erstellt ist, so daß das elektrische Feld überwiegend im Innern des in ihr befindlichen Dielektrikums verläuft.
2. Meßzelle nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung in Form eines konzentrischen Steckers ausgeführt ist.
3. Meßzelle nach Anspruch I und z, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch eingebaute Keramikkondensatoren bestimmter Größe und von bestimmten Temperaturkoeffizienten so temperaturkompensiert ist, daß die leere Meßzelle keinen Temperaturgang aufweist.
4. Meßzelle nach Anspruch I bis 3 für Pulvermessungen nach der Immersionsmethode, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zylinderkondensatoren so ineinandergebaut sind, daß sie durch einen Umschalter wahlweise mit dem Meßgerät elektrisch verbunden werden können, und daß ein Trimmerkondensator und eine Justierschraube am innersten Zylinder beide Zylinderkondensatoren kapazitiv so abgleichen läßt, daß sie über den gesamten Meßbereich mit gleicher Füllung gleich sind.
5. Meßzelle nach Anspruch 1 .bis 3 für Feststoffmessungen, gekennzeichnet durch einen derartigen Aufbau, daß der Meßraum mittels Normalflüssigkeiten bekannter dielektrischer Eigenschaften geeicht werden kann.
6. Meßzelle nach Anspruch 5, dadurch gekeImzeichnet, daß die Masse der meßzelle, insbesondere des Kolbens, zum schnelleren TemperaturausgIeich groß gegen- die Masse des Meßgutes ist und daß der Kolben zusätzlich mit einer Wasserfüllung ausgerüstet ist, um den Anschluß eines Thermostaten zu ermöglichen.