TDR-Messvorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten TDR measuring device for determining the dielectric constant
Die Erfindung betrifft eine TDR-Messvorrichtung zur Bestimmung der The invention relates to a TDR measuring device for determining the
Dielektrizitätskonstanten und/oder daraus abgeleiteter Materialeigenschaften, insbesondere der Feuchte und/oder der Leitfähigkeit, eines durch eine Rohrleitung fließenden Mediums. Es versteht sich von selbst, dass die Rohrleitung jede Leitung sein kann, die dazu geeignet ist, ein Medium zu führen. Es kann sich also um eine geschlossene Leitung oder aber auch um eine rinnenförmige Leitung handeln. Dielectric constant and / or derived material properties, in particular the humidity and / or the conductivity of a medium flowing through a pipe medium. It goes without saying that the pipeline can be any conduit capable of carrying a medium. It may therefore be a closed line or even a channel-shaped line.
Das dielektrische TDR-Messprinzip zur Bestimmung der Feuchte eines Mediums wird in vielen industrielle Anwendungen genutzt. Hierbei wird die Dielektrizitätskonstante (DK) eines Materials über ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld gemessen, wobei das elektromagnetische Hochfrequenzfeld das zu vermessende Material durchdringt. Die Dielektrizitätskonstante von Wasser hat bei 20°C einen Wert von 80 und unterscheidet sich damit stark von den Dielektrizitätskonstanten von Feststoffen, die je nach Material DK-Werte von 3 bis 30 aufweisen. Bei diesem starken dielektrischen Kontrast kann die Dielektrizitätskonstante somit als Maß für den Wassergehalt bzw. die Materialfeuchte herangezogen werden. The dielectric TDR measurement principle for determining the moisture content of a medium is used in many industrial applications. Here, the dielectric constant (DK) of a material is measured by a high-frequency electromagnetic field, wherein the electromagnetic high-frequency field penetrates the material to be measured. The dielectric constant of water has a value of 80 at 20 ° C and thus differs greatly from the dielectric constant of solids, which have DK values of 3 to 30, depending on the material. With this strong dielectric contrast, the dielectric constant can thus be used as a measure of the water content or the moisture content of the material.
Das zur DK-Messung eingesetzte TDR-Messprinzip (Time-Domain-Reflectometry, auch Kabelradar genannt) hat sich in den letzten 20 Jahren als präzises Messverfahren für anspruchsvolle Anwendungen in der Industrie immer mehr durchgesetzt. Bei entsprechenden TDR-Messungen kommen üblicherweise zwei- oder dreiadrige, parallele Wellenleiter zum Einsatz. Die Wellenleiteranordnung entspricht dem eigentlichen Sensor bzw. der Messsonde. Diese wird in Form von Stäben oder Platten in das zu The TDR (Time Domain Reflectometry, also known as cable radar) measuring principle used for DK measurements has become increasingly popular over the last 20 years as a precise measurement method for demanding applications in industry. For corresponding TDR measurements, two- or three-wire parallel waveguides are usually used. The waveguide arrangement corresponds to the actual sensor or the measuring probe. This is in the form of rods or plates in the too
untersuchende Medium eingebracht. introduced medium.
Zur DK-Messung wird bevorzugt ein Spannungssprung bzw. eine Signalflanke erzeugt, der sich entlang eines Koaxialkabels ausbreitet, das an die Wellenleiter angeschlossen ist. Geht der Spannungssprung auf den Wellenleiter über, kommt es zu einer For DK measurement, a voltage jump or a signal edge is preferably generated, which propagates along a coaxial cable which is connected to the waveguides. If the voltage jump on the waveguide, it comes to a
Teilreflexion. Der sich weiter ausbreitende Anteil des Messsignals wird am Sondenende vollständig reflektiert. Die Sprungantwort eines Wellenleiters lässt sich über den Partial reflection. The propagating portion of the measuring signal is completely reflected at the end of the probe. The step response of a waveguide can be over the
Zeitbereich messen, wobei die Reflexionszeit das Maß für den Wassergehalt bzw. die kompletten dielektrischen Eigenschaften darstellt. Measuring time range, wherein the reflection time is the measure of the water content or the complete dielectric properties.
Grundlage für die Anwendung der TDR-Technologie zur Feuchtemessung bildet folgender physikalischer Zusammenhang:
The basis for the application of the TDR technology for moisture measurement is the following physical relationship:
Demnach ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer elektromagnetischen Welle im Vakuum gleich der Lichtgeschwindigkeit c0. Außerhalb des Vakuums ist die Accordingly, the propagation velocity c of an electromagnetic wave in vacuum is equal to the speed of light c 0 . Outside the vacuum is the
Ausbreitungsgeschwindigkeit c nur von der Dielektrizitätskonstanten er und der magnetischen Permeabilität pr des Materials, in dem sich die Welle ausbreitet, abhängig. Letztere kann in nichtmagnetischen Materialien gleich 1 gesetzt werden, so dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit nur von der Dielektrizitätskonstante (DK) abhängig ist. Propagation speed c depends only on the dielectric constant and the magnetic permeability pr of the material in which the wave propagates. The latter can be set equal to 1 in non-magnetic materials, so that the propagation speed depends only on the dielectric constant (DK).
Die Herausforderung bei der TDR-Messung liegt in der sehr kurzen Laufzeit der elektromagnetischen Welle auf der Sonde. Daher müssen für die Messung kurzzeitige und steilflankige Impulse (Anstiegszeit < 300 Pikosekunden) verwendet werden. The challenge with the TDR measurement lies in the very short duration of the electromagnetic wave on the probe. Therefore short-term and steep-edged pulses (rise time <300 picoseconds) must be used for the measurement.
Ein Verfahren ebenso wie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Feuchte eines A method as well as a device for determining the humidity of a
Produkts/Mediums über ein TDR-Verfahren sind aus der EP 0 478 815 A1 bekannt geworden. Bei dem bekannten Verfahren wird mittels eines Messsignalgebers ein rechteckförmiges Signal auf eine Messleitung gegeben. Die Pulsdauer des Signals ist hierbei doppelt so groß gewählt wie die Laufzeit des Signals auf der Messleitung. Das Signal wird auf der Messleitung bzw. am Ende der Messleitung reflektiert. Am Eingang der Messleitung beziehungsweise am Ausgang des Messsignalgebers bildet sich daher durch die Überlagerung der Amplituden des auf die Messleitung eingespeisten Products / media via a TDR method have become known from EP 0 478 815 A1. In the known method, a rectangular signal is applied to a measuring line by means of a measuring signal generator. The pulse duration of the signal here is twice as long as the running time of the signal on the test lead. The signal is reflected on the test lead or at the end of the test lead. Therefore, at the input of the measuring line or at the output of the measuring signal transmitter, the superimposition of the amplitudes of the signal fed to the measuring line forms
Messsignals und des auf oder am Ende der Messleitung reflektierten Messsignals das Summensignal. Die Messleitung ist hierbei bevorzugt als Sonde ausgebildet. Measuring signal and reflected at or at the end of the measuring line measuring signal the sum signal. The measuring line is in this case preferably designed as a probe.
Beim TDR-Verfahren muss gewährleistet sein, dass ein elektrischer Impuls sich entlang der Messleitung/Sonde ausbreiten kann und am Ende der Messleitung/Sonde reflektiert wird. Über die Laufzeit des Impulses wird die Feuchte des Mediums ermittelt. Bei der bekannten Lösung läuft der Impuls, ausgelöst von der Signalverarbeitungselektronik über ein Kabel zur ersten Messleitung, vom Ende der ersten Messleitung zum Anfang der zweiten Messleitung, wird am Ende der zweiten Messleitung reflektiert und läuft wieder zurück zur Signalverarbeitungselektronik. Die Laufzeit des Impulses wird als Feuchtewert verrechnet und über Standard-Analogsignale, die z.B. auf dem 0-20mA- oder dem 4- 20mA- Standard beruhen, ausgegeben. Parallel kann die Feuchte aber auch über eine digitale Schnittstelle, wie z.B. eine RS 485, ausgegeben werden. In the TDR method, it must be ensured that an electrical pulse can propagate along the measuring line / probe and is reflected at the end of the measuring line / probe. Over the duration of the pulse, the moisture of the medium is determined. In the known solution, the pulse, triggered by the signal processing electronics via a cable to the first measuring line, from the end of the first measuring line to the beginning of the second measuring line, is reflected at the end of the second measuring line and runs back to the signal processing electronics. The duration of the pulse is calculated as a humidity value and over standard analog signals, e.g. based on the 0-20mA or the 4-20mA standard. In parallel, however, the moisture can also be transmitted via a digital interface, such as a RS 485, are issued.
Die Anmelderin entwickelt und vertreibt diverse Messgeräte, die auf dem TDR- Messprinzip beruhen. Insbesondere werden Messgeräte unter den Bezeichnungen Sono- Vario, Sono-Silo, Trime-Pico angeboten. Die Messgeräte bestehen jeweils aus dem Sensor bzw. der Messsonde und einer TDR-Messelektronik, die jeweils auf einer Platine
im Sondengehäuse oder außerhalb des Sondengehäuses untergebracht ist. Die TDR- Messelektronik ist dabei immer (intern im Sondengehäuse, oder extern) über ein The applicant develops and distributes various measuring devices based on the TDR measuring principle. In particular, measuring devices are offered under the names Sono-Vario, Sono-Silo, Trime-Pico. The measuring devices each consist of the sensor or the measuring probe and a TDR measuring electronics, each on a circuit board housed in the probe housing or outside the probe housing. The TDR measuring electronics are always on (internally in the probe housing, or externally) via
Hochfrequenzkabel/ Koaxialkabel mit dem Sensor bzw. der Messsonde verbunden. High frequency cable / coaxial cable connected to the sensor or the probe.
Die unterschiedlichen Sondendesigns sind optimal für unterschiedlichen industriellen Anwendungen ausgelegt. Insbesondere werden Sensoren angeboten, die in der Länge, insbesondere zwischen 0,05 m und 0,5 m variieren. Die bekannten Lösungen sind vornehmlich über Stabanordnungen oder auch über Planar-Sensoren realisiert; diese sind entweder beschichtet oder unbeschichtet. The different probe designs are optimally designed for different industrial applications. In particular, sensors are offered which vary in length, in particular between 0.05 m and 0.5 m. The known solutions are mainly realized via rod arrangements or via planar sensors; these are either coated or uncoated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine TDR-Messvorrichtung vorzuschlagen, die Parameter des durch eine Rohrleitung strömenden Mediums nicht-invasiv misst und/oder eine Zustandsänderung der Rohrleitung erkennt. Unter dem Begriff‘nicht-invasiv' wird im Zusammenhang mit der Erfindung verstanden, dass der Fluss des Mediums durch die Messvorrichtung nicht behindert oder gestört wird. The object of the invention is to propose a TDR measuring device which non-invasively measures parameters of the medium flowing through a pipeline and / or recognizes a change in state of the pipeline. The term 'non-invasive' is understood in the context of the invention that the flow of the medium through the measuring device is not hindered or disturbed.
Die Erfindung wird gelöst durch eine TDR-Messvorrichtung zur Bestimmung der The invention is achieved by a TDR measuring device for determining the
Dielektrizitätskonstanten und daraus abgeleiteter Materialeigenschaften, insbesondere der Feuchte und/oder der Leitfähigkeit, eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Lösung darüber hinaus zur Erkennung einer Zustandsänderung der Rohrleitung, die von dem Medium durchflossen wird, oder zur Erkennung der Beschaffenheit eines durch die Rohrleitung fließenden Mediums geeignet. Dielectric constant and derived material properties, in particular the humidity and / or the conductivity of a medium flowing through a pipe medium. According to one embodiment of the invention, the solution according to the invention is also suitable for detecting a change in state of the pipeline through which the medium flows or for detecting the condition of a medium flowing through the pipeline.
Die TDR-Messvorrichtung umfasst eine Signalerzeugungselektronik, die TDR- Messsignale, bevorzugt Sprungsignale, wie sie in der EP 0 478 815 A1 beschrieben sind, erzeugt, eine Sende- und/oder Empfangselektronik, die die TDR-Messsignale aussendet und/oder empfängt, eine Ein-/Auskoppelvorrichtung, die die TDR-Messsignale auf eine elektrisch-leitfähige Messsonde einer vorgegebenen Länge eingekoppelt bzw. von der Messsonde ausgekoppelt, und eine Regel-/Auswerteelektronik, die anhand der Laufzeit der TDR-Messsignale die Dielektrizitätskonstante und daraus abgeleitete The TDR measuring device comprises signal generation electronics which generate TDR measurement signals, preferably jump signals as described in EP 0 478 815 A1, a transmitting and / or receiving electronics unit which transmits and / or receives the TDR measurement signals Input / output device, which couples the TDR measuring signals to an electrically conductive measuring probe of a predetermined length or decoupled from the measuring probe, and control / evaluation electronics which, based on the transit time of the TDR measuring signals, the dielectric constant and derived therefrom
Materialeigenschaften, insbesondere die Feuchte und/oder die Leitfähigkeit, des Material properties, in particular the humidity and / or the conductivity of the
Mediums. Die Anbindung der Elektronik an den Sensor erfolgt bevorzugt über ein HF- Kabel. Die Elektronik ist entweder am Sensor angeordnet, oder sie ist vom Sensor räumlich getrennt angeordnet, wobei die Entfernung üblicherweise zwischen 1-2m liegt. Medium. The connection of the electronics to the sensor is preferably via an RF cable. The electronics are either located at the sensor, or they are spatially separated from the sensor, the distance is usually between 1-2m.
Bevorzugt ist die Messsonde außerhalb des von dem Medium durchflossenen The measuring probe is preferably outside of the medium through which the medium flows
Innenraums der Rohrleitung elektrisch isoliert angeordnet und derart ausgestaltet, dass die Laufzeit der Messsignale auf der Messsonde abhängig ist von der Interior of the pipeline arranged electrically isolated and designed such that the duration of the measurement signals on the probe depends on the
Dielektrizitätskonstanten des durch die Rohrleitung fließenden Mediums. Alternativ ist die Messsonde so angeordnet, dass sie bündig mit der dem fließfähigen Medium
zugewandten Innenfläche der Rohrleitung abschließt. Es versteht sich von selbst, dass in diesem Fall zumindest zwei die Messsignale führenden Elektroden vorgesehen sein müssen, die elektrisch voneinander isoliert sind. Diese alternative Positionierung der Messsonde bietet sich insbesondere an, wenn Konzentrationsmessungen an fließfähigen Medien mit sehr hohen Dielektrizitätskonstanten, z.B. Zuckerlösungen für Softdrinks, gemessen werden. Bei diesen Anwendungen würde eine Isolation der Messsonde zum fließfähigen Medium hin zu einer deutlich verringerten Messgenauigkeit führen. Die Dielektrizitätskonstanten entsprechender Medien liegen oberhalb von 50, häufig zwischen 60-80. Ist die Leitfähigkeit des Mediums größer als 25mS/cm, so wird das Messsignal durch elektrischen Kurzschluss so stark gedämpft, dass es je nach Sondengeometrie ggf. nicht mehr empfangen werden kann. Die für die Messsignale verwendete Frequenz liegt übrigens bevorzugt im Bereich von 500 MHz - 2 GHz. Dielectric constant of the flowing medium through the pipe. Alternatively, the probe is arranged to be flush with the flowable medium closes facing inner surface of the pipeline. It goes without saying that in this case at least two electrodes carrying the measuring signals must be provided, which are electrically insulated from one another. This alternative positioning of the measuring probe is particularly suitable when measuring the concentration of flowable media with very high dielectric constants, eg sugar solutions for soft drinks. In these applications, an isolation of the probe to the flowable medium would lead to a significantly reduced accuracy of measurement. The dielectric constants of corresponding media are above 50, often between 60-80. If the conductivity of the medium is greater than 25mS / cm, the measurement signal is so strongly attenuated by electrical short circuit that, depending on the probe geometry, it may no longer be possible to receive it. Incidentally, the frequency used for the measurement signals is preferably in the range of 500 MHz - 2 GHz.
Die fließfähigen Medien können flüssig oder viskos sein. Es kann sich bei dem Medium aber auch um ein Schüttgut oder einen pulverförmigen Stoff handeln. The flowable media can be liquid or viscous. However, the medium may also be a bulk material or a powdery substance.
Die erfindungsgemäße TDR-Messvorrichtung ermöglicht die nicht-invasive inline- Messung verschiedener physikalischer Eigenschaften von flüssigen/viskosen Medien oder Schüttgütern, während diese eine Rohrleitung durchströmen. Da die Messsonde außerhalb des Strömungsweges des Mediums angeordnet ist, kann das Medium ungestört und unbeeinflusst von der Messsonde durch die Rohrleitung strömen. Die TDR- Messvorrichtung erlaubt es darüber hinaus, Veränderungen an der Wandung der Rohrleitung, die von dem Medium durchströmt wird, zu erkennen. Diese Information kann nachfolgend zu Kompensationszwecken oder zur Fehlerzustandserfassung verwendet werden. Eine Zustandsänderung im Bereich der Rohrleitung kann z.B. durch Fouling ausgelöst werden. The TDR measuring device according to the invention enables non-invasive inline measurement of various physical properties of liquid / viscous media or bulk materials as they flow through a pipeline. Since the measuring probe is arranged outside the flow path of the medium, the medium can flow undisturbed and uninfluenced by the measuring probe through the pipeline. The TDR measuring device also makes it possible to detect changes in the wall of the pipeline through which the medium flows. This information can subsequently be used for compensation purposes or for error status detection. A change of state in the area of the pipeline can e.g. be triggered by fouling.
Das TDR-Messgerät dient zur nicht-invasiven Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten, Permittivität und/oder der Leitfähigkeit des Mediums, das die Rohrleitung durchströmt. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße TDR-Messvorrichtung eine verbesserte Genauigkeit bei der Bestimmung der Feuchte oder der Leitfähigkeit. The TDR meter is used for the non-invasive determination of the dielectric constant, permittivity and / or conductivity of the medium flowing through the pipeline. In particular, the TDR measuring device according to the invention allows improved accuracy in the determination of moisture or conductivity.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung besteht die Messsonde aus zumindest zwei bevorzugt als Leiterbahnen ausgestalteten Elektroden, wobei eine erste Elektrode die TDR-Messsignale führt und wobei die zumindest eine weitere Elektrode als Schirm- oder Masseelektrode ausgestaltet ist. According to an advantageous embodiment of the TDR measuring device according to the invention, the measuring probe consists of at least two preferably designed as interconnects electrodes, wherein a first electrode performs the TDR measurement signals and wherein the at least one further electrode is configured as a shield or ground electrode.
Bevorzugt bestehen Sensoren zur Erfassung von Messwerten über die TDR-Technologie jeweils aus einem oder zwei elektrisch leitfähigen Elektroden auf Massepotenzial und einer elektrisch leitfähigen Elektrode, in die das Hochfrequenz-Messsignal eingekoppelt wird. Die Elektroden sind parallel geführt und jeweils an einem Endbereich elektrisch kontaktiert. Am„offenen“, nicht elektrisch kontaktierten Ende wird das Preferably, sensors for acquiring measured values via the TDR technology each consist of one or two electrically conductive electrodes at ground potential and an electrically conductive electrode into which the high-frequency measurement signal is coupled. The electrodes are guided in parallel and each electrically contacted at one end. At the "open", not electrically contacted end of the
Hochfrequenzsignal reflektiert. Die Messsonde wird über ein Koaxialkabel an eine TDR-
Messelektronik (die üblicherweise auf einer Platine angeordnet ist) angeschlossen. Die TDR-Messelektronik generiert das Hochfrequenzsignal, misst die Laufzeit des am High frequency signal reflected. The probe is connected to a TDR via a coaxial cable. Measuring electronics (which is usually arranged on a circuit board) connected. The TDR measuring electronics generates the high-frequency signal, measures the running time of the am
Sondenende reflektierten Signals, wertet die gemessenen Daten aus und stellt das Messergebnis zur Verfügung. Je nach Anwendung kann die Platine direkt in einem Sensorgehäuse integriert sein. Es ist jedoch in Abhängigkeit von der jeweiligen Probe end reflected signal, evaluates the measured data and provides the measurement result. Depending on the application, the board can be integrated directly into a sensor housing. It depends, however, on the particular one
Anwendung möglich, die Platine abgesetzt von dem Sensorgehäuse anzuordnen. Application possible to arrange the board remote from the sensor housing.
Als wesentlich bei der Erfindung ist anzusehen, dass die Dimensionierung und/oder das Design der Messsonde so ausgestaltet sind/ist, dass das von den Messsignalen erzeugte elektromagnetische Feld das Innere der Rohrleitung zumindest näherungsweise vollständig durchsetzt. Durch die Anordnung und Ausgestaltung der zumindest einen auf Masse liegenden Elektrode lässt sich die Feldgeometrie gezielt beeinflussen. So sieht eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Messsonde vor, dass die erste Elektrode und die Schirm- oder Masseelektrode im Wesentlichen auf bzw. in sich gegenüberliegenden Flächenbereichen der Rohrleitung angeordnet sind. It is to be regarded as essential in the invention that the dimensioning and / or the design of the measuring probe are configured such that the electromagnetic field generated by the measuring signals at least approximately completely penetrates the interior of the pipeline. The arrangement and configuration of the at least one grounded electrode, the field geometry can be selectively influenced. Thus, a first advantageous embodiment of the measuring probe provides that the first electrode and the shield or ground electrode are arranged substantially on or in opposite surface areas of the pipeline.
Bevorzugt bestehen die Messsonde übrigens aus drei als Leiterbahnen ausgestalteten Elektroden, wobei eine der Elektroden die TDR-Messsignale führt und im Wesentlichen mittig bezüglich der beiden als Schirm- oder Masseelektroden ausgestalteten Elektroden angeordnet ist. Incidentally, the measuring probe preferably consists of three electrodes designed as conductor tracks, one of the electrodes carrying the TDR measuring signals and being arranged substantially centrally with respect to the two electrodes designed as shielding or grounding electrodes.
Eine Ausgestaltung sieht - wie bereits beschrieben - vor, dass kein direkter Kontakt zwischen den Elektroden und dem Medium besteht. Hier sind die Elektroden entweder auf der Außenwandung der Rohrleitung oder in der Rohrwandung der Rohrleitung angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass die Rohrleitung selbst zumindest in dem Bereich, in dem sich die Messsonde befindet, aus einem elektrisch nichtleitenden Material gefertigt ist. Möglich ist es auch, den entsprechenden Rohrleitungsabschnitt mit den Elektroden als separate Einheit auszugestalten, wobei die separate Einheit in die One embodiment provides - as already described - that there is no direct contact between the electrodes and the medium. Here, the electrodes are arranged either on the outer wall of the pipeline or in the pipe wall of the pipeline. It goes without saying that the pipe itself is made of an electrically non-conductive material at least in the area in which the measuring probe is located. It is also possible to design the corresponding pipe section with the electrodes as a separate unit, wherein the separate unit in the
Rohrleitung eingesetzt wird. Hierbei haben die Rohrleitung und die separate Einheit bevorzugt den gleichen Innenrohrdurchmesser. Bei einer weiteren, zuvor bereits angesprochenen Ausgestaltung sind die Elektroden derart bezüglich der Innenfläche der Rohrleitung platziert, dass ihre dem Medium zugewandte Außenfläche bündig mit der dem Medium zugwandten Innenfläche der Rohrleitung abschließt. Pipe is used. Here, the pipe and the separate unit preferably have the same inner pipe diameter. In a further embodiment already mentioned above, the electrodes are placed with respect to the inner surface of the pipeline such that their outer surface facing the medium terminates flush with the inner surface of the pipeline facing the medium.
Gemäß einer Weiterbildung der Messsonde sind die Elektroden im Wesentlichen parallel zueinander und spiralförmig bezüglich der Rohrleitung angeordnet. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektroden parallel zueinander in Form von Teilkreisen (sh. Fig. 4) im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des fließenden Mediums durch die Rohrleitung angeordnet sind. Bei den gewählten Ausgestaltungen muss sichergestellt sein, dass der Innenraum der Rohrleitung im Bereich der Messsonde vollständig oder
zumindest großteils von dem elektromagnetischen Feld der entlang der Messsonde laufenden Messsignale durchsetzt ist. Bei den beiden erst genannten Ausgestaltungen sind die Freiheitsgrade bezüglich der Länge der Elektroden größer als bei der zuletzt genannten Anordnung der Elektroden. According to a development of the measuring probe, the electrodes are arranged substantially parallel to one another and spirally with respect to the pipeline. An alternative embodiment provides that the electrodes are arranged parallel to each other in the form of partial circles (see Fig. 4) substantially perpendicular to the flow direction of the flowing medium through the pipe. In the chosen designs, it must be ensured that the interior of the pipeline in the area of the measuring probe is complete or at least largely interspersed by the electromagnetic field of the measuring signals running along the measuring probe. In the first two embodiments, the degrees of freedom with respect to the length of the electrodes are greater than in the last-mentioned arrangement of the electrodes.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Elektroden bevorzugt gleiche Länge aufweisen, sich aber in der Breite unterscheiden. Mit den zuvor genannten unterschiedlichen Furthermore, it is provided that the electrodes preferably have the same length, but differ in width. With the aforementioned different
Ausgestaltungsformen der Elektroden, lässt sich die Messsonde in weiten Grenzen optimal an die jeweilige Anwendung anpassen. Liegen die Elektroden einander gegenüber, so ist die Durchsetzung des Innenraums mit dem elektromagnetischen Feld der entlang der Messsonde laufenden Messsignale über den Querschnitt der Rohrleitung garantiert. Embodiments of the electrodes, the probe can be optimally adapted to the respective application within wide limits. If the electrodes face each other, the penetration of the interior space with the electromagnetic field of the measuring signals running along the measuring probe over the cross section of the pipeline is guaranteed.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die TDR-Messvorrichtung so auszugestalten, dass sie zusätzlich zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten des durch die Rohrleitung fließenden Mediums auch Information über eine Zustandsänderung der Wandung der Rohrleitung liefert. Während die erste Messsonde so ausgestaltet ist, dass das von den Messsignalen erzeugte elektromagnetische Feld, sprich das Messfeld, den Innenraum der Rohrleitung zumindest näherungsweise vollständig durchsetzt, ist die zweite Furthermore, it is proposed to design the TDR measuring device in such a way that, in addition to determining the dielectric constant of the medium flowing through the pipeline, it also provides information about a change in state of the wall of the pipeline. While the first measuring probe is designed such that the electromagnetic field generated by the measuring signals, that is to say the measuring field, at least approximately completely penetrates the interior of the pipeline, the second is
Messsonde so ausgestaltet, dass das von den Messsignalen erzeugte Measuring probe designed so that the generated by the measuring signals
elektromagnetische Feld nur einen Teilbereich des Innenraums der Rohrleitung in der Umgebung der Rohrwandung durchsetzt. Während bei der ersten Messsonde die Laufzeit und/oder die Dämpfung der entlang der Messsonde laufenden Messsignale Information über die Dielektrizitätskonstante des Mediums liefert, liefert die Laufzeit und/oder die Dämpfung der Messsignale bei der zweiten Messsonde Information über eine electromagnetic field only a portion of the interior of the pipeline interspersed in the vicinity of the pipe wall. Whereas in the case of the first measuring probe the propagation time and / or the attenuation of the measuring signals running along the measuring probe provide information about the dielectric constant of the medium, the propagation time and / or the attenuation of the measuring signals in the second measuring probe provide information about one
Zustandsänderung der Rohrleitung. Hierdurch ist es möglich, eine an der Innenwandung der Rohrleitung auftretende Abrasion ebenso wie Ablagerungen/Anhaftungen des Mediums an der Innenwandung der Rohrleitung zu erkennen. Bevorzugt sind beide Messsonden axial zueinander versetzt an der Rohrleitung angeordnet. Die beiden Messungen können alternierend mittels einer Weiche oder parallel zueinander durchgeführt werden. Change of state of the pipeline. This makes it possible to detect any abrasion occurring on the inner wall of the pipeline as well as deposits / buildup of the medium on the inner wall of the pipeline. Preferably, both probes are arranged axially offset from one another on the pipeline. The two measurements can be performed alternately by means of a switch or in parallel.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung sieht eine An embodiment of the TDR measuring device according to the invention provides a
Multisensoranordnung aus z.B. drei bevorzugt axial zueinander versetzten und unterschiedlich ausgestalteten Messsonden vor. Während eine erste Messsonde so ausgestaltet ist, dass das von den Messsignalen erzeugte elektromagnetische Feld den Innenraum der Rohrleitung zumindest näherungsweise vollständig durchsetzt, sind eine zweite Messsonde und eine dritte Messsonde so ausgestaltet, dass die von ihnen im Innenraum der Rohrleitung von den Messsignalen erzeugten elektromagnetischen Felder ringförmige Bereiche unterschiedlicher Dicke im Bereich der Wandung der Rohrleitung
durchsetzen. Eine derartige Ausgestaltung der TDR-Messvorrichtung ermöglicht es z.B. zu erkennen, ob das Medium die Rohrleitung laminar durchströmt. Darüber hinaus kann mit einer derartigen TDR-Messvorrichtung auch erkannt werden, ob bei einem Multisensor arrangement of, for example, three preferably axially offset and differently designed probes before. While a first measuring probe is designed such that the electromagnetic field generated by the measuring signals at least approximately completely passes through the interior of the pipeline, a second measuring probe and a third measuring probe are designed such that the electromagnetic fields generated by the measuring signals in the interior of the pipeline annular areas of different thickness in the region of the wall of the pipeline push through. Such a configuration of the TDR measuring device makes it possible, for example, to detect whether the medium flows through the pipeline in a laminar manner. In addition, it can also be detected with such a TDR measuring device, whether at a
Mehrkomponenten-Medium, das durch die Rohrleitung strömt, eine homogene Multi-component medium flowing through the pipeline, a homogeneous
Durchmischung gegeben ist, oder ob sich das durch die Rohrleitung fließende Mediums seine unterschiedlichen Komponenten, z.B. Öl und Wasser, aufgespaltet hat. Mixing or whether the medium flowing through the pipeline has its different components, e.g. Oil and water, has split.
Weiterhin wird es in Verbindung mit der Erfindung als vorteilhaft angesehen, wenn die Messsonde in einem als Faraday’scher Käfig wirkenden Gehäuse angeordnet ist. Furthermore, it is considered advantageous in connection with the invention if the measuring probe is arranged in a housing acting as a Faraday cage.
Eine sehr interessante Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung schlägt vor, dass die Signalerzeugungselektronik, die Sende- und/oder A very interesting embodiment of the TDR measuring device according to the invention suggests that the signal generation electronics, the transmission and / or
Empfangselektronik, die Ein-/Auskoppelvorrichtung und die Messsonde auf einer mehrlagigen, bevorzugt einer dreilagigen Leiterkarte angeordnet sind. Insbesondere ist bei dieser Ausgestaltung in der Leiterkarte eine Bohrung vorgesehen, die so Receiving electronics, the input / output device and the probe are arranged on a multi-layer, preferably a three-layer printed circuit board. In particular, a bore is provided in this embodiment in the circuit board, the so
dimensioniert ist, dass die Rohrleitung näherungsweise bündig in der Bohrung anordenbar ist. Bei dieser Ausgestaltung der Messsonde wird darüber hinaus angeregt, dass die Elektroden derart in der Schichtstruktur der Leiterkarte und relativ zur Bohrung in der Leiterplatte angeordnet sind, dass die in der ersten Elektrode geführten Messsignale mit dem in der Rohrleitung fließenden Medium in Wechselwirkung treten. is dimensioned that the pipe is approximately flush in the hole can be arranged. In this embodiment of the measuring probe is further suggested that the electrodes are arranged in the layer structure of the printed circuit board and relative to the bore in the circuit board, that the guided in the first electrode measuring signals interact with the medium flowing in the pipe medium.
Weiterhin ist vorgesehen, dass es sich bei der Rohrleitung um einen flexiblen oder starren Schlauch oder um eine Messkapillare handelt, die zumindest im Bereich der Furthermore, it is provided that the pipeline is a flexible or rigid hose or a measuring capillary which, at least in the region of
Durchführung durch die Bohrung aus einem nicht leitfähigen Material besteht. Passage through the hole consists of a non-conductive material.
Die erfindungsgemäße Lösung in den unterschiedlichen Ausgestaltungen zeichnet sich durch die folgenden Vorteile aus: The solution according to the invention in the different embodiments is characterized by the following advantages:
Die erfindungsgemäßen Messsonden lassen sich mit geeigneten The measuring probes according to the invention can be equipped with suitable
Herstellverfahren miniaturisieren. Dadurch sind die Messsonden bzw. Sensoren zur Integration in andere Bauteile, in z.B. Stecker/ Kupplungen oder Gehäuse, bestens geeignet. Auch lassen sich die erfindungsgemäßen Messsonden in eine Leiterkarte integrieren. Miniaturize manufacturing process. As a result, the probes or sensors for integration into other components, in e.g. Plugs / couplings or housing, ideally suited. The probes according to the invention can also be integrated into a printed circuit board.
Die erfindungsgemäße Messsonde arbeitet berührungslos - in diesem Fall haben die Elektroden also keinen direkten Kontakt zum Medium. Somit sind die The measuring probe according to the invention operates without contact - in this case the electrodes therefore have no direct contact with the medium. Thus, the
Elektroden gegen Umwelteinflüsse und gegen das Medium geschützt. Abrasion tritt nicht auf. Sowohl bei der berührungslosen als auch bei der nicht-invasiven Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich die Elektroden in die Wandung der Messsonde - oder in einer alternativen Ausgestaltung - in die
Platine selbst integrieren. Beispielsweise kommt hierbei das IMKS-Verfahren (Integriertes Metall/Kunststoff-Spritzgießen) zur Anwendung. Electrodes protected against environmental influences and against the medium. Abrasion does not occur. Both in the non-contact and in the non-invasive embodiment of the solution according to the invention, the electrodes can be in the wall of the probe - or in an alternative embodiment - in the Integrate board yourself. For example, the IMKS process (integrated metal / plastic injection molding) is used here.
Die Messsonde kann die Rohrleitung umgeben, in der das Medium strömt. The measuring probe can surround the pipeline in which the medium flows.
Berührungslose bzw. nicht-invasive Messsonden haben weiterhin den Vorteil, dass sie den Strömungsweg des Mediums nicht beeinflussen. Druckverluste in der Rohrleitung oder Verwirbelungen des Mediums treten somit nicht auf. Auch muss auf die jeweilige Einbauposition in der Rohrleitung kein besonderes Non-contact or non-invasive probes also have the advantage that they do not affect the flow path of the medium. Pressure losses in the pipeline or turbulence of the medium thus do not occur. Also, the particular installation position in the pipeline does not have to be special
Augenmerk gelegt werden. Abstandsanforderungen in Bezug auf Einlauf- oder Auslaufstrecken entfallen. Ebenso können die erfindungsgemäßen Messsonden in Rohrbögen eingebaut werden. Darüber hinaus kann die Messsonde Pay attention. Distance requirements with regard to inlet or outlet sections are eliminated. Likewise, the measuring probes according to the invention can be installed in pipe bends. In addition, the probe can
unterschiedliche Geometrien bzw. Querschnitte haben. Beispielsweise kann der Querschnitt rund, eckig oder oval sein. have different geometries or cross sections. For example, the cross section may be round, angular or oval.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung, 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the TDR measuring device according to the invention,
Fig. 2: eine erste Ausgestaltung der TDR-Messsonde, 2 shows a first embodiment of the TDR measuring probe,
Fig. 3: eine zweite Ausgestaltung der TDR-Messsonde, 3 shows a second embodiment of the TDR measuring probe,
Fig. 4: eine dritte Ausgestaltung der TDR-Messsonde und 4 shows a third embodiment of the TDR measuring probe and
Fig. 5: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der 5 shows a schematic representation of a second embodiment of the
erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung, TDR measuring device according to the invention,
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of
erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung zur berührungslosen oder nicht-invasiven Bestimmung zumindest der Dielektrizitätskonstanten und ggf. daraus abgeleiteter Eigenschaften des Mediums eines durch eine Rohrleitung 1 fließenden Mediums 2 und/oder zur Erkennung einer Zustandsänderung der Rohrleitung 1 , die von dem Medium 2 durchflossen wird. Die TDR-Messvorrichtung besteht aus einem Sensor bzw. einer Messsonde 6 und einer Messelektronik 16. Im gezeigten Fall sind die beiden TDR measuring device according to the invention for non-contact or non-invasive determination of at least the dielectric constant and possibly derived therefrom properties of the medium flowing through a pipe 1 medium 2 and / or to detect a change in state of the pipe 1, which is traversed by the medium 2. The TDR measuring device consists of a sensor or a measuring probe 6 and a measuring electronics 16. In the case shown, the two
Komponenten 6, 16 voneinander beabstandet und durch die Messleitung 14 miteinander verbunden. Bei der Messleitung 14 handelt es sich bevorzugt um ein Koaxkabel. Components 6, 16 spaced apart and interconnected by the measuring line 14. The measuring line 14 is preferably a coaxial cable.
Auf der Leiterkarte 12 sind die Elektronikkomponenten der Messelektronik 16 angeordnet: die Signalerzeugungselektronik 3, die Sende- und/oder Empfangselektronik 4, die Ein-
/Auskoppelvorrichtung 5 und die Regel-/Auswerteelektronik 7. Die On the printed circuit board 12, the electronic components of the measuring electronics 16 are arranged: the signal generating electronics 3, the transmitting and / or receiving electronics 4, the input / Decoupling device 5 and the control / evaluation 7. The
Signalerzeugungselektronik 3 erzeugt die TDR-Messsignale, die Sende- und/oder Empfangselektronik 4 sendet die TDR-Messsignale aus und/oder empfängt die auf der Messsonde reflektierten TDR-Messsignale. Die Ein- und Auskopplung der TDR- Messsignale auf die Messleitung 14 und die Messsonde 6 erfolgt über die Ein- /Auskoppelvorrichtung 5. Von hier werden die Messsignale über eine Hochfrequenz- Steckverbindung 18, an die ein Hochfrequenzkabel 14 angeschlossen ist, auf die Signal generating electronics 3 generates the TDR measurement signals, the transmitting and / or receiving electronics 4 transmits the TDR measurement signals and / or receives the reflected on the probe TDR measurement signals. The coupling and decoupling of the TDR measurement signals on the measuring line 14 and the measuring probe 6 via the input / output device 5. From here, the measurement signals via a high-frequency connector 18 to which a high-frequency cable 14 is connected to the
Messsonde 6 geleitet. Anhand der Laufzeit der TDR-Messsignale auf der Messsonde 6 ermittelt die Regel-/Auswerteelektronik zumindest die Dielektrizitätskonstante und/oder die Permittivität und ggf. daraus abgeleitete Eigenschaften oder Parameter des Mediums. Bei diesen Mediumseigenschaften handelt es sich insbesondere um die Feuchte und/oder die Leitfähigkeit. Weiterhin ist die erfindungsgemäße TDR- Messvorrichtung dazu geeignet, alternativ oder additiv eine Zustandsänderung der Rohrleitung 1 zu erkennen. Die Zustandsänderung wird beispielsweise durch Ablagerungen an der Innenwandung der Rohrleitung 1 hervorgerufen. Die Messdaten oder die Daten über eine Zustandsänderung der Rohrleitung 1 werden über die Schnittstelle 15 an eine Probe 6 headed. Based on the duration of the TDR measurement signals on the measuring probe 6, the control / evaluation electronics determines at least the dielectric constant and / or the permittivity and, if appropriate, derived properties or parameters of the medium. These medium properties are, in particular, the moisture and / or the conductivity. Furthermore, the TDR measuring device according to the invention is suitable for alternatively or additionally detecting a change in state of the pipeline 1. The state change is caused, for example, by deposits on the inner wall of the pipeline 1. The measurement data or the data on a change in state of the pipeline 1 via the interface 15 to a
übergeordnete Steuerung/ Anzeigevorrichtung weitergeleitet. Die Weiterleitung kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Parent control / display device forwarded. The forwarding can be wired or wireless.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Sensors bzw. der Messsonde 6 sind in den Figuren Fig. 2 - Fig. 5 näher beschrieben. Preferred embodiments of the sensor or of the measuring probe 6 are described in greater detail in FIGS. 2 to 5.
Die erfindungsgemäßen Sensoren bzw. Messsonden 6 unterscheiden sich von den bisher bekannten Sensoren dadurch, dass sie mit der Rohrleitung 1 , in der das zu The sensors or measuring probes 6 according to the invention differ from the previously known sensors in that they are connected to the pipeline 1, in which the
untersuchende Medium geführt ist, verbunden sind und zwar so, dass sie von dem Medium isoliert sind. Die Messsonden 6 können auf der Außenwand der Rohrleitung 6 angebracht, aber auch in die Wandung der Rohrleitung 1 integriert sein. Weiterhin können die Messsonden 6 so platziert sein, dass die in den Innenraum der Rohrleitung 6 weisende Oberfläche der Elektroden 9, 10, 1 1 bündig mit der Innenfläche der Rohrleitung 6 abschließt. Vorteilhaft lassen sich ein Rohrleitungsabschnitt und die Elektroden 9, 10,examining medium, are connected in such a way that they are isolated from the medium. The measuring probes 6 can be mounted on the outer wall of the pipeline 6, but can also be integrated into the wall of the pipeline 1. Furthermore, the measuring probes 6 can be placed so that the surface of the electrodes 9, 10, 11 which faces into the interior of the pipeline 6 terminates flush with the inner surface of the pipeline 6. Advantageously, a pipeline section and the electrodes 9, 10,
1 1 bevorzugt in einem Verfahrensschritt mit dem IMKS-Verfahren (Integriertes 1 1 preferably in one process step with the IMKS method (Integrated
Metall/Kunststoff-Spritzgießen) hersteilen. Die entsprechende Komponente kann dann nachfolgend über eine geeignete Befestigung in die Rohrleitung eingebracht werden. Alternativ können die Elektroden 9, 10, 1 1 auch auf die Außenfläche einer bestehenden Rohrleitung 1 aufgebracht werden. Metal / plastic injection molding). The corresponding component can then be subsequently introduced via a suitable attachment in the pipeline. Alternatively, the electrodes 9, 10, 1 1 can also be applied to the outer surface of an existing pipeline 1.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausgestaltung der TDR-Messsonde 6. Bei der gezeigten Fig. 2 shows a first embodiment of the TDR measuring probe 6. In the shown
Ausgestaltung hat der Sensor zwei Elektroden 9, 10, die in Richtung der Längsachse 19 der Rohrleitung 1 auf oder in der Rohrleitung 1 angeordnet sind. Die Rohrleitung 1 - im Zusammenhang mit der Erfindung allgemein auch als Messkörper bezeichnet - muss ein
elektrischer Isolator (z.B. Kunststoff/ Keramik...) sein, da sich das Messfeld sonst nicht in der Rohrleitung 1 ausbreiten kann und folglich von dem Medium 2 nicht beeinflusst werden kann. Die Elektroden 9, 10 haben vorteilhaft die gleiche Länge L, aber unterschiedliche Breiten B. Über die Variation der Breite B und/oder der Länge L der Elektroden 9, 10 lässt sich das Messfeld optimal auf die jeweilige Messaufgabe abstimmen. Embodiment, the sensor has two electrodes 9, 10, which are arranged in the direction of the longitudinal axis 19 of the pipe 1 on or in the pipeline 1. The pipe 1 - in the context of the invention also commonly referred to as a measuring body - has a be electrical insulator (eg plastic / ceramic ...), otherwise the measuring field can not propagate in the pipe 1 and therefore can not be influenced by the medium 2. The electrodes 9, 10 advantageously have the same length L, but different widths B. By varying the width B and / or the length L of the electrodes 9, 10, the measuring field can be optimally adapted to the respective measuring task.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung der TDR-Messsonde 6, die als Spiralsensor oder Axial-Spirale bezeichnet wird. Bei der gezeigten Ausführung sind drei Elektroden 9, 10,Fig. 3 shows a second embodiment of the TDR measuring probe 6, which is referred to as a spiral sensor or axial spiral. In the embodiment shown, three electrodes 9, 10,
1 1 entlang der Längsachse 19 der Rohrleitung 1 bzw. des Messkörpers angebracht. Der Messkörper 1 muss wiederum zumindest im Bereich der Messsonde aus einem elektrisch isolierenden Material (z.B. Kunststoff/ Keramik...) gefertigt sein, da sich das Messfeld sonst nicht in dem Innenraum 8 der Rohrleitung 1 bzw. des Messkörpers ausbreiten und in Interaktion mit dem zu messenden Medium 2 treten kann. Die Länge L der Elektroden 9, 10, 1 1 ist bestimmt wesentlich die Empfindlichkeit des Sensors 6, da sich die Laufzeit der Messsignale bei längeren Elektroden 9, 10, 1 1 bis zum Elektrodenende und zurück verlängert. Bei dem gezeigten Spiralsensor bestehen hinsichtlich der Länge L, aber auch der Breite B viele Optionen. 1 1 along the longitudinal axis 19 of the pipe 1 and the measuring body attached. The measuring body 1 must again be made of an electrically insulating material (eg plastic / ceramic ...), at least in the area of the measuring probe, since otherwise the measuring field does not propagate in the inner space 8 of the pipeline 1 or of the measuring body and interacts with the latter can occur to be measured medium 2. The length L of the electrodes 9, 10, 1 1 is determined significantly the sensitivity of the sensor 6, since the duration of the measuring signals at longer electrodes 9, 10, 1 1 extended to the end of the electrode and back. In the spiral sensor shown, there are many options with regard to the length L but also the width B.
Bei dem Spiralsensor sind die Elektroden 9, 10, 1 1 parallel in Spiralform um die In the spiral sensor, the electrodes 9, 10, 1 1 are parallel in spiral form around the
Rohrleitung 1 bzw. den Messkörper gewunden. Die Elektroden 9, 10, 1 1 sind vorteilhaft gleich lang, können aber auch in dieser Bauform unterschiedlich breit sein. Mit der Breite und Länge der Elektroden 10, 1 1 , 12 sowie mit der Steigung der Spirale lässt sich das Messfeld vorteilhaft auf die jeweilige Messaufgabe abstimmen. Spiral pipe 1 or the measuring body wound. The electrodes 9, 10, 1 1 are advantageously the same length, but can also be of different width in this design. With the width and length of the electrodes 10, 1 1, 12 and with the slope of the spiral, the measuring field can be advantageously adapted to the respective measurement task.
Eine dritte Ausgestaltung der TDR-Messsonde 6 ist in Fig. 4 zu sehen. Bei diesem als konzentrischer Sensor 6 oder als Teilkreisleiter bezeichneten Sensor 6 sind drei Elektroden 9, 10, 1 1 konzentrisch zur Längsachse 19 auf oder in der Rohrleitung 1 angeordnet, allerdings sind die Kreise nicht geschlossen. Auch hier muss die RohrleitungA third embodiment of the TDR measuring probe 6 can be seen in FIG. 4. In this sensor 6, which is referred to as a concentric sensor 6 or a partial circuit conductor, three electrodes 9, 10, 11 are arranged concentrically to the longitudinal axis 19 on or in the pipeline 1, but the circles are not closed. Again, the pipe needs
I bzw. der Rohrleitungsabschnitt mit der Messsonde 6 wiederum ein elektrischer Isolator (z.B. Kunststoff/ Keramik...) sein, da sich das Messfeld sonst nicht in den Innenraum 8 des Messkörper 1 ausbreiten und in Interaktion mit dem zu messenden Medium treten kann. Die Elektroden 9, 10, 1 1 sind vorteilhaft gleich lang, die Breite kann gleich oder unterschiedlich sein. Über die Variation der Breite und/oder Länge der Elektroden 9, 10,I or the pipe section with the measuring probe 6 again be an electrical insulator (for example plastic / ceramic ...), since otherwise the measuring field can not propagate into the interior 8 of the measuring body 1 and can interact with the medium to be measured. The electrodes 9, 10, 1 1 are advantageously the same length, the width may be the same or different. About the variation of the width and / or length of the electrodes 9, 10,
I I lässt sich das Messfeld für die jeweilige Messaufgabe vorteilhaft dimensionieren. I I can advantageously dimension the measuring field for the respective measuring task.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der Fig. 5 shows a schematic representation of a second embodiment of
erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung 17, die als PCB-OnBord-Lösung bezeichnet werden kann. Auf eine Beschreibung der einzelnen Elektronikkomponenten 3, 4, 5, 7 der
Messelektronik 16 wird verzichtet, da sie - bis auf eine Ausnahme - identisch sind mit den in Fig. 1 gezeigten Komponenten. TDR measuring device 17 according to the invention, which can be referred to as PCB on-board solution. On a description of the individual electronic components 3, 4, 5, 7 of Measuring electronics 16 are dispensed with because they are identical to the components shown in FIG. 1, with one exception.
Die Messsonde 6 bzw. der Sensor entspricht bevorzugt dem in Fig. 4 gezeigten The measuring probe 6 or the sensor preferably corresponds to that shown in FIG. 4
Teilkreisleiter. Allerdings ist bei dieser Ausgestaltung die aus Teilkreisen bestehende Messsonde 6 nicht konzentrisch auf oder in der Rohrleitung 1 , in der das zu messende Medium 2 geführt ist, angeordnet, sondern konzentrisch in einer Bohrung 13, die in der Leiterplatte 12 vorgesehen ist. Durch diese Bohrung 13 ist die Rohrleitung 1 geführt. Bevorzugt befindet sich die Bohrung 13 in der Nähe des Hochfrequenzanschlusses bzw. der Ein-/Auskoppelelektronik. Die bevorzugt drei konzentrisch um die Bohrung 13 angeordneten teilkreisförmigen Elektroden 9, 10, 1 1 sind in drei Lagen der Leiterkarte 12 angeordnet. Die in Fig. 1 gezeigte Hochfrequenz-Steckverbindung 18 und das Koaxkabel 14 entfallen bei der in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR- Messvorrichtung 17. Im mittleren Bereich der teilkreisförmigen Leiterbahnsensoren 9, 10,Pitch ladder. However, in this embodiment, the measuring circuit 6 consisting of partial circuits is not arranged concentrically on or in the pipeline 1, in which the medium 2 to be measured is guided, but concentrically in a bore 13, which is provided in the printed circuit board 12. Through this hole 13, the pipe 1 is guided. Preferably, the bore 13 is located in the vicinity of the high-frequency connection or the input / output electronics. The preferably three concentric around the bore 13 arranged part-circular electrodes 9, 10, 1 1 are arranged in three layers of the printed circuit board 12. The high-frequency connector 18 and the coaxial cable 14 shown in FIG. 1 are dispensed with in the embodiment of the TDR measuring device 17 according to the invention shown in FIG. 5. In the middle region of the part-circular track sensors 9, 10,
1 1 befindet sich die Bohrung 13, durch die z.B. eine Messkapillare 1 oder ein Schlauch geführt wird, in der/dem das flüssige zu messende Medium 2 strömt. Der Messkörper 1 ist zumindest im Bereich der Durchführung durch die Bohrung 13 der Leiterkarte 12 aus einem elektrisch nichtleitenden Material gefertigt.
1 1 there is the bore 13 through which, for example, a measuring capillary 1 or a hose is guided, in which / flows the liquid medium to be measured 2. The measuring body 1 is made at least in the region of the passage through the bore 13 of the printed circuit board 12 made of an electrically non-conductive material.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Rohrleitung 1 pipeline
2 Medium 2 medium
3 Signalerzeugungselektronik 3 signal generation electronics
4 Sende-/Empfangselektronik 4 transmitting / receiving electronics
5 Ein-/Auskoppelvorrichtung 5 input / output device
6 Messsonde bzw. Sensor 6 probe or sensor
7 Regel-/Auswerteelektronik 7 control / evaluation electronics
8 Innenraum der Rohrleitung 8 Interior of the pipeline
9 Elektrode bzw. Heißleiter 9 electrode or thermistor
10 Masse- bzw. Schirmelektrode 10 ground or shield electrode
1 1 Masse- bzw. Schirmelektrode 1 1 ground or shield electrode
12 Leiterkarte 12 circuit board
13 Bohrung 13 hole
14 Messleitung / Koaxkabel 14 test lead / coax cable
15 Schnittstelle 15 interface
16 Messelektronik 16 measuring electronics
17 TDR-Messvorrichtung 17 TDR measuring device
18 Hochfrequenz-Steckverbindung 18 high frequency connector
19 Längsachse
19 longitudinal axis