DE935744C

DE935744C - Messgeraet zur Bestimmung der elektrischen Leitfaehigkeit von Fluessigkeiten unter Vermeidung von Elektroden

Info

Publication number: DE935744C
Application number: DEB21145A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Baum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-07-12
Filing date: 1952-07-12
Publication date: 1955-11-24

Description

Meßgerät zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten unter Vermeidung von Elektroden Die bekannten Geräte und Methoden zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten benutzen in der Regel Elektroden. Gleichstrom scheidet als Meßstrom wegen der damit verbundenen Elektrolyse und Polarisation der Elektroden aus.
Wechselstrom der normalen Frequenz von 50 Perioden bedingt an Elektroden eine Polarisation, die störend wirken kann. Wechselstrom höherer Frequenz kommt in Brückenanordnungen zur Anwendung, wobei Elektroden benutzt werden. Je höher die Frequenz ist, um so genauere Werte für die Leitfähigkeit werden erhalten. Allerdings werden die dann benötigten Zusatzapparaturen auch immer umständlicher.
Es sind auch Methoden bekannt geworden, wonach unter Vermeidung von Elektroden die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten bestimmt wird. So wird z. B. in einem Hochfrequenzkreis die Dämpfung bestimmt, die der Widerstand eines in eine Spule tauchenden, mit Flüssigkeit gefüllten Glasgefäßes hervorruft. Oder ein Glasgefäß, das mit Flüssigkeit gefüllt ist, hängt an einem Faden, und befindet sich innerhalb der Pole eines Magneten. Bei einer Rotation des Magneten werden innerhalb der Flüssigkeit Ströme induziert, die die Flüssigkeit in Bewegung versetzen. Durch Reibung wird das Gefäß mitgedreht. Die Drehung ist ein Maß für die Leitfähigkeit der Flüssigkeit. Oder man nutzt die Schirmwirkung einer Flüssigkeitsschicht für Hochfrequenz aus.
Diese Methoden benötigen entweder rotierende Teile, oder der apparative Aufwand ist zu groß. Auch sind sie nicht geeignet, um fortlaufende Messungen machen zu können.
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten unter Vermeidung von Elektroden, bei dem der magnetische Spannungsmesser nach Rogowski benutzt wird.
Jeder stromführende Leiter ist von konzentrischen magnetischen Kraftlinien umgeben. Das Umlaufsintegral über die Feldstärke ist: 0 Hds =o,4 z J und wird als magnetische Umlaufsspannung bezeichnet. Der magnetische Spannungsmesser von Rogowski besteht aus einem zu einem Kreis gebogenen Streifen aus einem unmagnetischen Stoff, auf den eine möglichst gleichmäßige Bewicklung von dünnem, isoliertem Kupferdraht in zwei übereinanderliegenden gegenläufigen Lagen aufgebracht ist. Die Enden der -Wicklung sind an der zur Stoßstelle entgegengesetzten Seite herausgeführt. Legt man den Spannungsmesser um einen von Wechselstrom durchflossenen Leiter, so wird der Wicklungsquerschnitt von einem über den ganzen Umlauf des Ringes gleichen Wechseliluß durchflutet. Dieser Fluß erzeugt in - der Wicklung eine EMK, die proportional dem Fluß und damit proportional dem in dem Leiter fließenden Strom ist.
Infolge der gegenläufigen Bewicklung liefern äußere Magnetfelder, wie Streufelder, keinen Beitrag zu der an den Enden auftretenden EMK. Dies trifft allerdings nur bei exakt gleichmäßiger Bewicklung zu, was praktisch nicht möglich ist.
Da die Empfindlichkeit des magnetischen Spannungsmessers sehr gering ist, bei einem Versuchsgerät mit 10 000 Windungen betrug bei einem Strom von I Amp die auftretende EMK 0,35 Millivolt, überwiegt oft die Wirkung äußerer Streufelder den eigentlichen Effekt um ein Vielfaches.
Da die Permeabilität des Trägermaterials gleich I ist, könnte man vermutungsgemäß die Empfindlichkeit des Gerätes steigern, indem man als Streifenmaterial Eisen mit einer möglichst großen Permeabilität benutzt. Man gelangt aber so zu keinen brauchbaren Ergebnissen. Äußere, inhomogene, z. B. von Transformatoren herrührende Streufelder verursachen eine verschieden starke Magnetisierung des Eisenringes, die zu ungleichen Permeabilitätszuständen führt. Das bedeutet aber, daß äußere Magnetfelder nicht mehr unwirksam sind.
Zu brauchbaren Ergebnissen gelangt man, wenn man erfindungsgemäß auf ein als magnetischer Spannungsmesser dienendes, zu einem Ring gebogenes Stück Flachmaterial aus einer hochpermeablen Eisenlegierung eine beliebige Anzahl von verschiebbaren Spulen aus isoliertem Kupferdraht aufbringt. In Abb. I ist ein Eisenring mit -einzelnen Spülen in einem homogenen Magnetfeld dargestellt. Der Ring wird von zwei Magnetfiüssen zwischen den Punkten A und B durchsetzt, die in bezug auf die Umlaufsrichtung des Ringes entgegengesetzt verlaufen. Sind die Spulen gleichmäßig über den Umfang verteilt, so ist die Summe aller in den Spulen induzierten elektromotorischen Kräfte gleich Null.
Befindet sich der Ring in einem inhomogenen Magnetfeld, Abb. 2, so liegen die Punkte A und B nicht mehr auf der Symmetrieachse des Ringes, sondern sie rücken nach einer Seite zusammen. Die Flüsse verlaufen im Eisen wohl auf die Umlaufsrichtung bezüglich umgekehrt, sind aber in ihrer Stärke nicht mehr gleich. Bei gleichmäßiger Verteilung der Spulen ist deshalb die Summe der in ihnen induzierten elektromotorischen Kräfte nicht mehr gleich Null. Da jedoch die Spulen verschiebbar sind, läßt sich eine Verteilung finden, daß die Gesamt EMK wieder gleich Null ist. Das beschriebene Gerät läßt sich nun auf zwei Arten zur Messung von Strömen anwenden. Abb. 3.
Ein Transformator mit der Primärwicklung w trägt als Sekundärwindung ein Ringgefäß aus Glas oder aus einem anderen nicht leitenden Stoff. Der mit einer Reihe beweglicher Spulen besetzte Eisenring umschlingt das mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gefüllte Ringgefäß. Liegt an der Primärwicklung eine Wechselspannung P, so wird in dem Ringgefäß ein Strom induziert. Zu Beginn der Messung wird die Verteilung der Spulen bei leerem Ringgefäß so vorgenommen, daß ein an den Enden der in Serie geschalteten Spulen liegendes Meßgerät keinen Ausschlag zeigt. Wird jetzt das Gefäß mit einer leitenden Flüssigkeit gefüllt, so induziert der in dem Gefäß fließende Strom in den Spulen eine Spannung, die dem Strom proportional ist. Bestimmt man die EMK der Sekundärwindung des Transformators, so ist bei bekannter Widerstandskapazität des Ringgefäßes der Ausschlag des Meßinstrumentes ein Maß für die Leitfähigkeit der in dem Gefäß befindlichen Flüssigkeit.
Das Gerät läßt sich in einem zweiten Falle in einer Kompensationsschaltung verwenden. Abb. 4. Der Transformator trägt außer der Wicklung w1 noch eine Wicklung w2, die so an eine Sekundärwindung s über einen Regelwiderstand R gelegt ist, daß ein in der Windung s fließender Strom die umgekehrte Richtung hat wie der Strom I in dem Ringgefäß. Sind die beiden Ströme gleich, so hebt sich die Wirkung ihrer Magnetfelder auf die Spulen des Eisenringes auf, es tritt keme EMK auf. Der eingestellte Widerstand R ist dann ein Maß für denWiderstand der Flüssigkeit des Ringgefäßes.
Ein Spannungsmesser nach Rogowski hatte bei IO 000 Windungen, einem Durchmesser von 50 cm und einen Strom von I Amp eine EMK von 0,35 Millivolt. Ein Gerät nach der Erfindung hatte bei einer in Spulen aufgeteilten Windungszahl von 30 000, einem Durchmesser von 15 cm und einem Strom von I Amp eine EKM von 700 Millivolt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Meßgerät zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten unter Vermeidung von Elektroden, bei dem mittels eines Transformators, dessen Sekundärwicklung durch ein Ringgefäß aus nicht leitendem Material, in das die zu untersuchende Materie eingebracht ist, gebildet ist, und eines magnetischen Spannungsmessers, auf den Strom im Prüfling geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein als magnetischer Spannungsmesser dienendes, zu einem Ring gebogenes Stück Flachmaterial aus einer hochpermeablen Eisenlegierung eine beliebige Anzahl von verschiebbaren Spulen aus isoliertem Kupferdraht trägt.