NL8700744A

NL8700744A - Werkwijze en inrichting voor het meten van het geleidingsvermogen van een vloeistof, waarmede de invloed van polarisatie wordt tegengegaan.

Info

Publication number: NL8700744A
Application number: NL8700744A
Authority: NL
Original assignee: Yokogawa Electrofact Bv
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1988-10-17
Also published as: ES2041776T3; JPH071289B2; DE3882267T2; EP0288099A1; DE3882267D1; ATE91550T1; JPS63243767A; EP0288099B1

Description

v% * dW/RM/P 13.442 1

Werkwijze en inrichting voor het meten van het geleidingsvermogen van een vloeistof* waarmede de invloed van polarisatie wordt tegengegaan.

Oe uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het meten van het geleidingsvermogen van een vloeistof, waarbij twee elektroden met de vloeistof in aanraking worden gebracht en spanning of stroom van wisselende polariteit aan de elektroden 5 wordt toegevoerd, de stroom die tussen de elektroden vloeit en de spanning tussen de elektroden bepaald worden en uit de spanning en stroom het geleidingsvermogen van het vloeistof-lichaam tussen de elektroden bepaald wordt en op een inrichting voor toepassing van de werkwijze.

een 10 Een dergelijke werkwijze en/voor de toepassing daarvan geschikte inrichting zijn op ruime schaal bekend.

Tevens is bekend, dat bij een dergelijke meting de polarisatie, die aan de elektroden op kan treden, een storende invloed kan hebben. Deze invloed ia reeds in aanmerkelijke mate beperkt door 15 gebruik te maken van een spanning of stroom van wisselende polariteit in vergelijking met het gebruik van gelijkspanning of -stroom. Toch blijft de polarisatie een faktor, die het meetresultaat, dat verkregen wordt uit het quotiënt van de stroom en de spanning tussen de elektroden, kan beïnvloeden.

20 Het is tevens bekend, dat de invloed van polarisatie afneemt bij hogere frequenties, omdat de polarisatie in de vorm van een laag ladingsdragers aan het oppervlak van de elektrode en onmiddsllijk daarbuiten gedurende stroomdoorgang in één richting geleidelijk aan wordt opgebouwd. In eerste benadering is het 25 verloop van spanning en stroom in het gedeelte waar de polarisatie een rol speelt te vergelijken met het verloop van deze grootheden in een condensator, die verandert met de dikte van de diëlektrische laag, gedurende de vorming van de polarisatie.

0» deze redenen is het bijzonder moeilijk uit de gemeten stroom 30 en spanning af te leiden, welk gedeelte van de spanning aan de weerstand van de vloeistof is toe te schrijven en welk gedeelte aan de polarisatie.

De oplossing de frequentie zover op te voeren, dat de polarisatie geen rol meer speelt, is evenwel ook minder 35 £. ~ï fi ' < · b / l : 4 4 2 aantrekkelijk. Dit ie er aan toe te schrijven, dat bij hogere frequenties parasitaire capaciteiten een toenemende invloed hebben en dat die invloed, bijvoorbeeld bij het meten van betrekkelijk hoge weerstanden van slecht geleidende vloeistoffen, 5 een stoorfaktor voor de meting vormt.

De uitvinding beoogt nu in een werkwijze te voorzien, waarmede het mogelijk is gedurende de meting direct een maat van de polarisatie vast te stellen, hetgeen de mogelijkheid geeft de invloed van de polariteit te beperken dan wel te bepalen.

10 Dienovereenkomstig wordt er volgens de uitvinding in voorzien, dat in een periode, waarin de spanning een bepaalde polariteit heeft de verhouding tussen stroom en spanning op tenminste twee tijdstippen door middel van bemonstering wordt bepaald en dat de gemeten monsterwaarden verwerkt worden.

15 Polarisatie leidt binnen een periode van dezelfde polariteit tot een relatieve verandering van de ogenblikkelijke verhouding tussen stroom en spanning, die direct na de polariteitswisseling het grootste is en daarna afneemt en van teken omkeert, Wanneer men gemakshalve aanneemt, dat de spannings- of stroombron een 20 symmetrische blokspanning of -stroom afgeeft, dan is het verloop van de verhouding tussen stroom en spanning in elke periode van dezelfde polariteit een afnemende funktie. Wanneer geen polarisatie zou optreden zouden in dat geval alle monsterwaarden van die verhouding gelijk zijn.

25 Volgens een eerste aspekt van de uitvinding wordt er in voorzien, dat uit de verkregen monsterwaarden, in het bijzonder hun verschil of verhouding, een met de polarisatie samenhangende grootheid wordt afgeleid.

In het bijzonder kan hiervan gebruik gemaakt worden, dat de 30 frequentie van de spannings- of stroombron van wisselende polariteit verhoogd wordt bij toename van de met de polarisatie samenhangende grootheid.

Een andere mogelijkheid bestaat daarin, dat uit het verloop van de verhouding tussen stroom en spanning gedurende een periode 35 van dezelfde polariteit de weerstandswaarde van de impedantie tussen de elektroden wordt afgeleid. Dit is mogelijk op grond van de veronderstelling, dat het verloop van de waarde van die verhouding gedurende een periode van dezelfde polariteit exponentieel is.

Volgens de uitvinding wordt hierin voorzien doordat uit p 7 Pi A 7 l f V / fv 'J / * 3 % tenminste drie verhoudingsuaarden op tenminste drie tijdstippen het geleidingsvermogen van het vXoeistoflichaam tussen de elektroden berekend wordt onder gebruikmaking van het gegeven» dat de stroom in een periode van dezelfde polariteit bij benadering 5 een exponentieel verloop heeft.

Dezelfde verhoudingsuaarden kunnen eveneens gebruikt uorden om de door polarisatie veroorzaakte capaciteit van de keten tussen de elektroden te bepalen.

De uitvinding omvat eveneens een inrichting voor het IQ toepaseen van de werkwijze» welke inrichting is voorzien van een spannings- of stroombron van wisselende polariteit» welke bron met een keten verbonden is» die verbindbaar is met elektroden» die met de vloeistof in aanraking zijn en een meter voor het meten van de stroom of de spanning tussen de elektroden en 15 gekenmerkt wordt doordat een bemonsteringsinrichting is ingericht de stroom of de spanning in een periode van dezelfde polariteit van de spanning of de stroom herhaald te bemonsteren en dat een processor met de bemonsteringsinrichting is verbonden voor het ontvangen en verwerken van de monsterwaarden.

20 De processor kan daarbij uiteraard een aparte voor dat doel ontworpen of aan dat doel aangepaste processor of microprocessor zijn» maar eveneens gevormd worden door een rekentoestel» dat deze funktie afwisselend met andere vervult.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting volgens 25 de uitvinding wordt er in voorzien» dat de spannings- of stroombron een bron met regelbare frequentie is en dat de processor met de bron is verbonden voor het verhogen van de frequentie» wanneer uit monsterwaarden blijkt» dat de bepaalde verhoudingen tussen spanning en stroom meer dan een van tevoren bepaalde mate 30 van elkaar afwijken.

Om bij in het bijzonder variabele frequentie er in te voorzien, dat de bemonstering steeds plaats grijpt op de guenste tijdstippen in een periode van dezelfde polariteit van de bron kan er volgens een nadere uitwerking van de uitvinding in worden 35 voorzien, dat de bemonsteringsinrichting onder bestuur van de bron en/of de processor staat om de bemonsteringen te laten plaats grijpen op van tevoren bepaalde breukdelen van een periode van dezelfde polariteit.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, die 40 eventueel met de boven geschetste gecombineerd kan worden, wordt 8 ; : - /; 4 er in voorzien, dat de bemonsteringsinrichting is ingericht de stroom in een epanningsperiode van dezelfde polariteit of de spanning in een stroomperiode van dezelfde polariteit tenminste driemaal te bemonsteren en dat de processor is ingericht uit 5 deze bemonsteringen de weerstandscomponent van de impedantie van de vloeistof tussen de elektroden te bepalen en daaruit het soortelijke geleidingsvermogen van de vloeistof. Daarbij is het mogelijk de procesoor ook de capacitieve component van de impedantie tussen de elektroden en daaruit een maat voor de 10 polarisatie te laten bepalen.

De uitvinding wordt in het volgende nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin fig. 1 schematisch het verloop van spanning en stroom tussen de elektroden aangeeft; en 15 fig. 2 een vereenvoudigd schema toont van een inrichting voor toepassing van de uitvinding.

In fig. 1 is met de lijn a het verloop van de spanning van de spanningsbron weergegeven. Deze bron is een generator voor een symmetrische blokspanning, waarbij aan de linkerzijde van 20 fig. 1 een eerste betrekkelijk lage frequentie is weergegeven en aan de rechterzijde een hogere frequentie.

De kromme b geeft het verloop van de stroom weer. Wanneer stroom in een bepaalde richting loopt ontstaan ladingen bij de overgang tussen de elektroden en de vloeistof door de belemmering 25 in de stroomdoorgang die door polarisatie ontstaat. Bij wisseling van de richting van de spanning of de polariteit werken deze opgezamelde ladingen samen met de aangelegde spanning om een relatief grote stroom te geven, die „evenwel daarna bij benadering exponentieel afneemt, om bij de volgende wisseling van polariteit 30 van de spanning om te slaan in een grote stroom van tegengestelde richting.

In fig* 1 is weergegeven, dat op de tijdstippen t^, t^ en t^ de stroomwaarde wordt vastgelegd. Dit gebeurt met een op zichzelf bekende bemonsteringsinrichting, die bijvoorbeeld een condensator 35 laadt op een spanning, die met de stroom evenredig is. Op het tijdstip t^ wordt dan de verbinding met de condensator verbroken en de op de condensator vastgelegde spanning via een daartoe geschikte keten toegevoerd aan een processor, bij voorkeur na digitalisering. Hetzelfde herhaalt zich op de tijdstippen t^ en t^.

f: * ; i l a 4 /; .#5 *· V V / “t 5

In het gegeven uitvoeringsvoorbeeld ligt t^ op 40# van de periode van positieve spanning en stroom: t2 op 60# en t^ op 80#. Deze waarden zijn evenwel uitsluitend bij wijze van toelichting gekozen. Bij een waarde, die zeer dicht ligt bij de 5 spanningswisseling zal de mogelijkheid bestaan, dat de snelle verandering van de stroom onvoldoende tijd heeft gegeven om de condensator of een ander bemonsteringselement met voldoende nauwkeurigheid op te laden, terwijl bij bemonstering op een tijdstip dat kort aan de volgende spanningswisseling vooraf 10 gaat de verschillen ih gemeten stroomwaarden erg klein zijn.

De tijdstippen t^, t2 en t^ worden bijvoorbeeld verkregen door de periode van de bron die de spanning a levert door tien te delen en bij het begin van het vierde, zesde en achtste breukdeel een bemonstering uit te voeren.

15 In het rechter deel van fig. 1.zijn dezelfde eenheden aangegeven, maar nu voor een hogere frequentie. Bij een hogere frequentie wordt de invloed van de polarisatie aanmerkelijk geringer en worden de stroomwaarden, die gemeten worden, in hoofdzaak bepaald door de weerstand van de vloeistof tussen 20 de elektroden, wanneer een bepaalde spanning aan de elektroden wordt aangelegd. De uitvinding berust er nu op, dat volgens een eerste aspekt uit de verschillen tussen de waarden b^, b2 en b3 wordt afgeleid, hoe groot de invloed van de polarisatie is. bianneer de meter gebruikt wordt voor vloeistof van aanmerkelijk 25 uiteenlopende soortelijk geleidingsvermogen kunnen ook de 8tromen bij dezelfde spanning aanmerkelijk verschillen. In dat geval kan het overweging verdienen niet de verschillen tussen b,j, b2 en b^, maar hun quotiënt te bepalen. Uit deze verschillen of quotiënten kan dan worden vastgesteld dat de afwijking van 30 een constant stroomverloop, dat overeen zou komen met het ontbreken van polarisatie, een ongewenst grote waarde heeft.

In dat geval wordt de frequentie opgevoerd en zoals in het rechter deel van fig. 1 is te Zien, is dan de invloed van de polarisatie aanmerkelijk geringer.

35 De uitvinding heeft evenwel het voordeel, dat steeds bij de laagste frequentie gemeten kan worden, waarbij de polarisatie binnen aanvaardbare grenzen blijft.

In hst uitvoeringsvoorbeeld van fig. 1 is een symmetrische blokspanning aangegeven als voeding van de elektroden. Het zal 40 o 'j a λ : r 6 * < evenwel duidelijk zijn, dat ook bij andere vormen van van polariteit wisselende spanning de polarisatie de ogenblikkelijke stroom beïnvloedt en wel in die zin, dat de stroom steeds door de polarisatie vergroot wordt direct na een spanningswisseling en 5 verkleind wordt direct voor een spanningswisseling. Zo zal bijvoorbeeld een sinusvormige spanning, die symmetrisch ten opzichte van het midden van een halve periode bemonsterd wordt steeds voorafgaande aan dit midden een hogere stroomwaarde zal geven dan volgend op dit midden.

10 In fig. 2 is zeer schematisch een uitvoeringsvorm van een inrichting voor het toepassen van de uitvinding weergegeven.

Een 8panningsgenerator 1 is verbonden met elektroden 2 en 3.

In de verbinding tussen de generator 1 en de elektroden 2 is een stroommeter 4 opgenomen, die twee uitgangen geeft waarover een 15 spanning heerst die evenredig is met de stroom in de keten 1,2,3. De uitgang S van de stroommeter 4 is direct met een condensator 6 verbonden en de andere uitgang 7 via een contact 8.

Dit contact is gekoppeld met een contact 9, zodanig dat wanneer contact 8 geopend is contact 9 is gesloten en omgekeerd. De 20 contacten 8 en 9 worden bediend door een besturingsorgaan 10.

De via contact 9 afgenomen waarde van de spanning op de condensator 6 wordt toegevoerd aan een digitaliseringsinrichting 11, die verbonden is met een processor 12. Deze processor heeft een geheugen, waarin vergelijkingswaarden zijn opgenomen voor de 25 quotiënten van de opeenvolgend van de condensator 6 afgenomen spanningswaarden en is ingericht na vergelijking van deze quotiënten met de vaste waarden via een uitgang 13 de frequentie van de generator 1 te besturen.

Verder kan de processor 12 zijn voorzien van rekenmiddelen 30 om uit tenminste drie in één periode van dezelfde spanning opgenomen stroommonsterwaarden de weerstandsfaktor en de capaciteitsfaktor te bepalen in de veronderstelling dat het verloop van de stroom exponentieel met de tijd is. Deze veronderstelling is in het algemeen voldosnde nauwkeurig om tot een 35 bepaling van de weerstandscomponent van de impedantie tussen de elektroden 2 en 3 te komen.

Het is dan tevens mogelijk de capacitieve component te berekenen, die een maat voor de polarisatie is. Deze waarden kunnen bijvoorbeeld worden weergegeven op een weergeef-40 inrichting 14.

8 7 0 0 7 4 4 a 7

Tevens geeft de uitvinding de Mogelijkheid de weerstand van het vloeietoflichaam tussen de elektroden 2 en 3 te bepalen uit de spanning van de generator 1 en de gemeten stroom tussen de elektroden 2 en 3· Deze waarde kan dan vergeleken worden met 5 de weerstandsquotignt van de impedantie tussen de elektroden 2 en 3, waaruit eveneens een maat voor de polarisatie volgt.

Tevens is het door deze vergelijking mogelijk na te gaan of niet zo grote verschillen optreden, dat de meting onbetrouwbaar geworden is, bijvoorbeeld door gasvorming op één van de elektroden 10 dan wel ernstige vervuiling daarvan*

Uiteraard is fig. 2 slechts een schematische aanduiding van een inrichting volgens de uitvinding en kunnen in het bijzonder de elementen 8,9 en 10 door elektronische schakelmiddelen worden gevormd* Ook kan 1 een stroombron zijn, die een van tevoren 15 bepaalde stroom tussen de elektroden 2 en 3 laat vloeien en 4 een meter voor het bepalen van de spanning over de elektroden 2 en 3»

Verder kan de bron 1 een spanning of stroom afgeven van willekeurige vorm, mits de stroom en spanning op dezelfde ogen-20 blikken gedurende een periode van dezelfde polariteit, bekend zijn of gemeten worden.

Ook kan de van de processor 12 uitgaande frequentiebesturing, aangeduid met de verbinding 13, op velerlei wijzen worden gerealiseerd en is het zelfs mogelijk generator 1 als trekkerschakeling 25 uit te voeren en processor 12 het trekkeren en het in werking stellen van de omschakelinrichting 10 te laten uitvoeren. Indien gewenst kan de uitgangespanning van generator 11 eveneens op grond van de gemeten weerstand worden bijgeatuurd.

Tenslotte kan de weergesfinricbting 14 van elk gewenst type 30 zijn.

£> Ί f. r. "'· r f.

! ij ;f

Claims

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat uit de verkregen monsterwaarden, in het bijzonder 15 hun verschil of verhouding, een met de polarisatie samenhangende grootheid wordt afgeleid.
3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de frequentie van de spanning of stroom van wisselende polariteit verhoogd wordt bij toename van de met de 20 polarisatie samenhangende grootheid.
4. Werkwijze volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat uit tenminste drie monsterwaarden op tenminste drie tijdstippen het geleidingsvermogen van het vloeistoflichaam tussen de elektroden berekend 25 wordt onder gebruikmaking van het gegeven, dat de verhouding tussen stroom en spanning in een periode van dezelfde polariteit bij benadering een exponentieel verloop heeft.
5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat tevens de door polarisatie veroorzaakte capaciteit 30 van de keten tussen de elektroden wordt bepaald.
6. Werkwijze volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spanning of stroom van wisselende polariteit een symmetrische blokspanning of blokstroom is.
7. Inrichting voor het meten van het geleidingsvermogen van een vloeistof, voorzien van een spannings- of stroombron van wisselende polariteit, welke bron met een keten verbonden 8 7 0 0 / 4 4 σ * is, dis verbindbaar is met elektroden, die met de vloeistof in aanraking zijn en een meter voor het meten van de stroom of de spanning tussen de elektroden, met het kenmerk, dat een bemonsteringsinrichting is ingericht de stroom of de 5 spanning in een periode van dezelfde polariteit van de spanning of de stroom herhaald te bemonsteren en dat een processor met de bemonsteringsinrichting is verbonden voor het ontvangen en verwerken van de monsterwaarden.
8. Inrichting volgens conclusie 7, m e t het k e n -10 merk, dat de spannings- of stroombron een bron met regelbare frequentie is en dat de processor mst de bron is verbonden voor het verhogen van de frequentie, wanneer uit monsterwaarden blijkt, dat de bepaalde verhoudingen tussen spanning en stroom meer dan een van tevoren bepaalde mate van elkaar afwijken.
9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, m e t het kenmerk , dat de bemonsteringsinrichting onder bestuur van de bron en/of de processor staat om de bemonsteringen te laten plaats grijpen op van tevoren bepaalde breukdelen van een periode van dezelfde polariteit.
10. Inrichting volgens één of meer van de conclusies 7-9, met het kenmerk, dat de bemonsteringsinrichting is ingericht de stroom in een spanningsperiode van dezelfde polariteit of de spanning in een stroomperiode van dezelfde polariteit tenminste driemaal te bemonsteren en dat de processor 25 is ingericht uit deze bemonsteringen de ueerstandscomponent van de impedantie van de vloeistof tussen de elektrodsn te bepalen en daaruit het soortelijke geleidingsvermogen van de vloeistof.
11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de processor tevens is ingericht de capacitisve 30 component van de impedantie te bepalen en daaruit een maat voor de polarisatie. f " '· ;