WO2008003365A2 - Kapazitive messvorrichtung zum nachweis von fremdstoffen in einer flüssigkeit - Google Patents

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WO2008003365A2
WO2008003365A2 PCT/EP2007/004104 EP2007004104W WO2008003365A2 WO 2008003365 A2 WO2008003365 A2 WO 2008003365A2 EP 2007004104 W EP2007004104 W EP 2007004104W WO 2008003365 A2 WO2008003365 A2 WO 2008003365A2
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electrode plates
measuring device
measuring
line
liquid
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Alfred Böhm
Wilhelm Binder
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Bartec Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2847—Water in oils

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for detecting foreign substances in a liquid, in particular undissolved water in hydrocarbons, for example in fuels such as kerosene, according to the preamble of claim 1.
  • a measuring device is formed with a measuring line for passing the liquid for the detection and at least two arranged in the interior of the measuring line, designed as electrode plates, planar electrodes which are electrically isolated from each other.
  • Kerosene may contain water for various reasons, such as condensation of atmospheric moisture. This water, which may be in dissolved or undissolved form, for example, could potentially affect the functionality of aircraft engines. There are therefore taken in the prior art, various measures to counteract an entry of water, especially of undissolved water in the tank of the aircraft.
  • kerosene is pumped into an intermediate container before the product is dispensed, from which a sample is drawn by means of a syringe.
  • the liquid passes through an indicator material that discolors in the presence of undissolved water.
  • this method is relatively time consuming.
  • the method is based on sampling, although the sample may not be representative. Also, with this method, no online measurement is possible.
  • WO 02/093147 A1 discloses another method for determining the content of free water in a liquid. According to the teaching of this document is intended to change the temperature of the liquid, which can be drawn from the temperature behavior conclusions on the water content. Due to the required temperature change, this method is also relatively time-consuming and only suitable with restrictions for online measurements.
  • WO 03/054482 A2 discloses a sensor for detecting water contamination in machine oil. For this purpose, according to WO 03/054482 A2, impedance measurements are carried out on electrodes which are designed as meander-shaped layers on a circuit board. This board is inserted into the oil. According to WO 03/054482 A2, a punctual measurement is thus carried out, which can lead to measurement inaccuracies especially in the case of a spatially inhomogeneous distribution of water contamination.
  • the measuring device should be usable for the airfield filling.
  • a lower detection limit of 30 ppm and less is usually required.
  • droplets of undissolved water can be finely dispersed with a diameter of about 10 .mu.m to 100 .mu.m arbitrarily distributed over the cross section of the conveying tube. In a direct water impact can also very large water droplets and even a partial or complete flooding of the delivery pipe occur.
  • the measuring device is characterized in that the electrode plates are provided in an arrangement for generating a uniform in cross-section of the measuring line electric field.
  • an electrical measurement of the Fretndstoffge haltes in the liquid, in particular in kerosene, provided on a measuring line, which is flowed through by the liquid.
  • flow velocities of several m / s can be provided.
  • the entire flow rate can be passed through the measuring tube.
  • a basic idea of the invention can be seen in that a uniform electric measuring field is generated by means of the electrode plates in the entire cross section of the measuring line. According to this idea, the measurement sensitivity over the entire cross section of the measurement line is substantially the same, so that it is possible to completely detect the foreign substances in their entirety. According to the invention is thus measured over the entire cross section of the measuring line. In particular, with a spatially varying distribution of foreign substances in the liquid thus a particularly high accuracy is achieved.
  • a uniform electric field according to the invention can in particular include a homogeneous field, that is to say a field which is essentially the same size and the same direction over the cross section of the measuring line.
  • a uniform electric field may also include that the electric field has substantially the same symmetry as the cross section of the measurement line.
  • a homogeneous field and, in the case of a circular inner cross section of the measuring line a radially directed field can be provided.
  • the measuring device is particularly suitable for the detection of liquid foreign matter, in particular undissolved liquid foreign matter in the liquid.
  • the foreign substance may also be a solid or gaseous foreign substance which, for example, is undissolved.
  • the liquid is preferably a non-conductive liquid and / or the foreign substance is a conductive material or likewise a non-conductive material.
  • the dielectric constants of the liquid and the foreign substance should have the greatest possible difference.
  • the impurity has a higher dielectric constant, which may also be referred to as the permittivity number, than the liquid.
  • the foreign substance may also be a substance which has the same composition as that of the liquid but has a different state of aggregation. In particular, multiphase flows can be measured with the device.
  • a layered arrangement may, in particular, be understood as meaning an arrangement in which the flat sides of adjacent electrode plates face one another.
  • the distance of the electrode plates is suitably chosen so that the foreign substances occurring, in particular water droplets, can easily pass.
  • the electrode plate spacing is preferably at least as great and in particular at least an order of magnitude larger than the diameter of the foreign substance particles.
  • the measurement accuracy can be improved with little expenditure on equipment in that the electrode plates of the Elekt- rodenplattenpers are arranged equidistantly and / or have at least approximately the same surface area.
  • the electrode plates extend in the longitudinal direction of the measuring line.
  • through channels are formed between the electrode plates of the electrode plate package, which extend in the longitudinal direction of the measuring line.
  • the electrode plates extend at least partially parallel to each other. As a result, a uniform field can be achieved in a particularly simple manner.
  • the electrode plates can be flat. Corner plates are.
  • the rectangular plates can have different side lengths or square.
  • the electrode plates are formed as curved plates.
  • the electrode plates may be tubular. If tubular electrode plates are provided, these are expediently arranged one inside the other, this arrangement preferably being coaxial.
  • the tubular electrode plates may have the same length and be butted together.
  • the tubular electrode plates are expediently arranged in the longitudinal direction of the measuring line.
  • the tubular electrode plates suitably form a closed ring in cross-section.
  • they can have a circular cross section, with the electrode plates then being designed as cylinder plates.
  • the tubular electrode plates may also have, for example, an elliptical, triangular, octagonal or rectangular, in particular square, cross-section.
  • the cross section may, in particular, be understood as the section transverse to the longitudinal direction of the measuring line.
  • the individual electrode plates can be designed differently. However, it is particularly preferred that the electrode plates have the same cross-sectional shape, with respect to the longitudinal direction of the measuring line, wherein the cross-sectional area can also be of different sizes.
  • the cross-sectional shape of the electrode plates expediently corresponds to the shape of the inner cross-section of the measuring line in the region of the electrode plates.
  • the contact lines for contacting the electrode plates may, for example, extend radially with respect to the longitudinal direction of the measuring line. They can preferably be arranged on a side facing away from the interior of the measuring line flat side of the respective electrode plate. In particular, when tube-like electrode plates are used, but can also be provided to contact at least a portion of the electrode plates frontally. In this case, the contacting may be in the flow.
  • a particularly high measuring accuracy is ensured according to the invention in that the outer cross section of the electrode plate assembly at least approximately corresponds to the inner cross section of the measuring line.
  • at least one electrode located farthest out in the electrode package abuts directly on the inner wall of the measuring line.
  • a structurally particularly simple and accurate measuring device is characterized in that the measuring line has a rectangular, in particular square, inner cross section at least in the region of the electrode plates, the electrode plates preferably extending at least approximately over the entire width of the inner cross section of the measuring line. Since, in this case, the entire cross-section of the measuring line functions, for example, as a condenser with a homogeneous field distribution, a completely identical evaluation of all impurity fractions, for example water droplets, is ensured. As a result, a high linear resolution can be achieved.
  • the measuring line has a cross-sectional taper in the region of the electrode plates.
  • a targeted change in the flow rate can be effected, which can also influence the distribution of foreign substances in the flow cross-section.
  • the metrological effort can be further reduced by the fact that the electrode plates of the electrode plate package are electrically interconnected to two plate groups, adjacent electrode plates are each assigned to a different plate group. According to this embodiment example, the successive electrode plates in the electrode plate stack can be alternately connected to one another electrically.
  • each plate group suitably contains an even number of electrodes.
  • each plate group has the same number of electrode plates.
  • the capacitance measuring device suitably has an AC voltage source, by means of which the electrode plates are subjected to an AC voltage, and a current measuring device for measuring the current flowing across the electrode plates.
  • the AC voltage frequency may be in the range of a few 10 kHz to a few MHz, for example.
  • a sinusoidal voltage can be provided, in which case the frequency is about 50 kHz can be.
  • a conductivity measurement can also be performed in addition to the capacitance measurement to increase the measurement accuracy.
  • the aforementioned electrode plates and / or additional auxiliary electrodes can be used.
  • a significant conductivity may possibly only be established at a very high water content.
  • a capacitive measurement can be provided, in particular, if the dielectric constant, which can also be referred to as a permittivity number, of the foreign substance differs significantly from that of the liquid.
  • the dielectric constant which can also be referred to as a permittivity number
  • water has a dielectric constant of about 80, which is relatively high compared to the dielectric constant of hydrocarbons of about 2 to 3.
  • the occurrence of undissolved water in hydrocarbons thus results in a change in capacity, which makes even comparatively small amounts of water detectable.
  • the capacity in the measuring device can be determined at least approximately according to the following equation:
  • C is the capacitance
  • A is the electrode surface
  • ⁇ 0 is the electric field constant
  • ⁇ i and ⁇ 2 are the dielectric constants of the foreign substance or of the liquid and di and d 2 the layer thicknesses of the foreign substance or the liquid are.
  • the electrode plates are electrically insulated from the measuring line. Furthermore, it is advantageous that the electrode plates are electrically insulated from the interior of the measuring line. This is particularly advantageous when a capacitance measurement is performed. By isolating the electrode plates from the interior of the measuring line, a particularly high measuring accuracy can be achieved, which in particular can be independent of the conductance of the mixture of foreign substances and liquids.
  • electrode plates For insulating the electrode plates relative to the interior of the measuring line, these are suitably coated, in particular with a plastic material. If an electrode plate package is used, suitably all the electrode plates are electrically insulated.
  • the electrode plates When using metallic electrode plates, it has been found that under certain circumstances the foreign substance, for example the water, adheres to the electrode plates and / or otherwise reacts with the electrode plates. As a result, the response of the measuring device, especially the reversibility of the measuring device, be influenced. For this reason in particular, it may be advantageous for the electrode plates to have a coated metal material.
  • the coating can be a hydrophobic coating and / or a plastic coating. By coating the adhesion can be counteracted and thus a particularly high accuracy can be achieved.
  • the coating can also serve to insulate the electrode plates from the interior of the measuring line.
  • the electrode plates can for example be made of V 2 A steel. As far as an electrode plate stack is used, suitably all the electrode plates of this stack are coated. As an alternative or in addition to a coating, another foreign substance-repellent surface treatment may also be provided.
  • the measuring accuracy of the measuring device according to the invention can be further increased by the fact that the inner wall of the measuring line is formed in the vicinity of the electrode plates electrically insulating. As a result, undesirable currents in the wall of the measuring line can be counteracted.
  • At least one support is arranged between at least two adjacent electrode plates.
  • This support is suitably insulating, that is designed as insulator support.
  • Such a support can have two tasks. On the one hand, the support can serve to keep the two electrode plates at a distance.
  • the support can be designed such that its conductivity changes upon contact with the foreign substance and in particular when it attaches to the surface of the support. This can result in a change in the conductivity between the adjacent electrode plates, which can be exploited by measurement to determine the foreign substance content. Insofar as the foreign substance is not resorbed by the support, an integrating measurement of the total amount of foreign matter carried can be carried out.
  • the insulator support may for example comprise a plastic material. It has been observed that water molecules adhere to the surface of such plastic supports, resulting in measurable conductivity between adjacent electrode plates. By measuring the resistance or the Conductance can be carried out in this case, a monitoring measurement with a large measurement effect.
  • the support can be surface-treated, coated and / or hydrophobized, for example, so that an adhesion of the foreign substance is counteracted.
  • the support extends over all the electrode plates of the electrode plate Paktes.
  • the support may be formed as a support rod having notches for receiving the electrode plates.
  • a conductivity measurement in particular via the at least one support and / or via other elements
  • a capacitance measurement for which, for example, two measuring devices can be connected in series.
  • the measuring accuracy can be further increased by providing at least one temperature sensor for detecting the temperature of the liquid in the interior of the measuring line.
  • This temperature sensor can be used to determine the product temperature, which can be used to compensate for the temperature dependence of the dielectric constant.
  • the measuring device for detecting undissolved water in kerosene during aircraft refueling Suitably, therefore, the liquid kerosene and the foreign substance is water.
  • a further aspect of the invention can be seen in a dispensing device for a liquid with a line which has a dispensing opening, wherein the dispensing device is characterized in that, in particular in the region of the dispensing opening, a measuring device according to the invention is provided.
  • the dispensing device may be provided, for example, on a tanker vehicle and / or the line may be in communication with a tank.
  • the dispenser can serve for the detection of manipulations of the liquid, for example, for the detection of an admixture of air in the fuel oil delivery.
  • the measuring device is arranged in the immediate vicinity of the discharge opening.
  • a further aspect of the invention can be seen in a method for refueling an aircraft, in which kerosene is conveyed via a line into an aircraft tank, wherein the method is characterized in that a measuring device according to the invention is arranged in the line, that means of the measuring device Dielectric constant of the kerosene flowing through the conduit is determined, and that determined from the determined dielectric constant, the proportion of undissolved water in kerosene.
  • FIG. 1 shows a measuring device in a sectional side view.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a measuring device in front view
  • FIG. 4 shows the apparatus of Figure 3 in a sectional plan view.
  • FIG. 5 shows the electrode plate package of the embodiment of Figures 3 and 4 in a perspective view.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a measuring device in a sectional top view
  • FIG. 8 shows an electrode plate package of a measuring device according to a further embodiment in front view
  • FIG. 9 the electrode plate package of Fig. 8 in a perspective view.
  • FIGS. 1 and 2 A first embodiment of a measuring device is shown in FIGS. 1 and 2.
  • the measuring device has a tubular measuring line 10 with two opposite openings 11, 12 for the passage of a liquid. In the region of the openings 11, 12, the measuring line 10 is provided with a circular inner cross-section for particularly simple connection to adjacent line sections.
  • this has a taper 16 of its inner cross section.
  • the measuring line 10 is formed with a square inner cross-section.
  • two opposing electrode plates 20, 21 with opposite flat sides are arranged on the inner wall of the measuring line 10. These electrode plates 20, 21 are arranged mirror-symmetrically and both have the same electrode surface A on their flat sides.
  • the length b of the rectangular electrode plates 20, 21 measured in the longitudinal direction of the measuring line 10 is greater than its width a measured transversely to the longitudinal direction of the measuring line 10.
  • the length b of the electrode plates 20, 21 corresponds at least approximately to the length of the taper 16.
  • the two plates 20, 21 are parallel to each other and are arranged at the distance d.
  • the two electrode plates 20, 21 with a capacitance measuring device 51 conductively connected which acts on the two electrodes 20, 21 with an electronic AC voltage. It forms a homogeneous electric field between the two electrode plates 20, 21, wherein the stray capacitance can often be neglected.
  • the liquid to be measured moves through the field at the speed v and, depending on its dielectric constant, generates a variable capacitance C between the electrode plates 20, 21 which is measured.
  • FIG. 3 to 5 Another embodiment of a measuring device is shown in Figures 3 to 5.
  • the embodiment of Figures 3 to 5 differs from the embodiment of Figures 1 and 2 essentially in that instead of two electrodes, a whole electrode packet 29 is provided with a plurality of superposed individual electrodes 20 to 20 n and 21 to 21 n .
  • the electrode plates 20 to 20 n are electrically connected to each other, so that a first plate group is formed.
  • the electrode plates 21 to 21 n are electrically connected via a second, parallel to the first side plate 22 extending side plate 23, so that a second plate group is formed.
  • a respective contact pin 24, 25 is provided, wherein the contact pins are used for connection to a capacitance measuring device, not shown in the figures 3 to 5.
  • the electrode plates 20 to 20 n and 21 to 21 n mesh with each other in a comb-like manner, an electrode plate 21 of the second plate group following an electrode plate 20 of the first plate group, followed again by an electrode plate 20 of the first plate group.
  • passage channels 28 are formed, which extend in the longitudinal direction of the measuring line 10. Through these channels 28, the liquid flows through at the speed v.
  • the inner cross section 17 of the measuring line 10 at least approximately corresponds to the outer cross section of the electrode plate pact 29, so that the liquid flows exclusively through the passage channels 28 formed between the electrode plates 20, 21 and not on the electric - demplattenvers 29 over.
  • FIGS. 6 and 7 Another embodiment of a measuring device is shown in FIGS. 6 and 7.
  • an electrode plate package 29 is also provided in the embodiment of Figures 6 and 7.
  • two radially extending webs 26, 27 are arranged made of a conductive material. Via the web 26, the electrode plates 20 to 20 n are interconnected electrically to the first plate group. The electrode plates 21 to 21 11 'are connected together to form the second plate group via the web 27. Via lines which are arranged on the webs 26, 27, the two plate groups are connected to a capacitance measuring device, not shown.
  • the electrode plates 20, 21 of Figures 6 and 7 follows in the radial direction of an electrode plate 20 of the first plate group, an electrode plate 21 of the second electrode plate, in turn, followed by an electrode plate 20 of the first plate group.
  • the number of electrode plates 21 of the second plate group is one lower than the number of electrode plates 20 of the first plate group.
  • annular passage channels 28 are formed between the electrode plates 20, 21 and extend coaxially to the longitudinal axis of the measuring line 10. Through this, the liquid can flow through at the speed v.
  • the outermost electrode plate 20 of the electrode plate package 29 has an outer diameter which corresponds at least approximately to the inner diameter of the measuring line 10 in the region of the electrode plate package 29. In this case, the inner cross section of the measuring line 10 is formed continuously circular.
  • a temperature sensor 56 which serves to determine the liquid temperature, is also arranged inside the measuring line 10.
  • FIGS. 8 and 9 Another embodiment of an electrode plate package 29 for use in a measuring device according to the invention is shown in FIGS. 8 and 9. As in the exemplary embodiment of FIGS. 3 to 5, flat, rectangular electrode plates are also stacked one above the other in the embodiment of FIGS. 8 and 9.
  • two rod-like supports 40, 40 ' are provided of an insulator material, which extend perpendicular to the individual electrode plates 20, 21 through the electrode plate package 29 therethrough.
  • the rod-like supports 40, 40 'radially extending slots 41 are formed, in which the electrode plates 20, 21 are held.
  • the insulating supports 40, 40 ' serve to keep the electrode plates 20, 21 at a distance.
  • one on the supports 40, 40 'between the two Disk groups flowing stream can be used to determine the liquid composition.
  • the electrode plates 20, 21 have lugs 71 which are arranged on the front side and which protrude through corresponding recesses in laterally arranged support plates 72 extending perpendicular to the electrode plates 20, 21. Also by means of these lugs 71, the position of the electrode plates 20, 21 is fixed relative to each other.

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Abstract

Me s s Vorrichtung zum Nachweis von Fremdstoffen in einer Flüssigkeit, insbesondere von ungelöstem Wasser in Kohlenwasserstoffen, mit einer Messleitung zum Durchleiten der Flüssigkeit für den Nachweis und zumindest zwei im Inneren der Messleitung angeordneten, als Elektrodenplatten ausgebildeten, flächigen Elektroden, die elektrisch isoliert voneinander beabstandet sind. Die Elektrodenplatten sind in einer Anordnung zur Erzeugung eines im Querschnitt der Messleitung gleichförmigen elektrischen Feldes vorgesehen. Insbesondere kann der Erfindung vorgesehen sein, dass im Inneren der Messleitung eine Vielzahl geschichteter Elektrodenplatten als ein Elektrodenplattenpaket vorgesehen ist.

Description

KAPAZITIVE MES SVORRI CHTUNG ZUM NACHWEIS VON FREMDSTOFFEN IN EINER FLÜSSIGKEIT
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Nachweis von Fremdstoffen in einer Flüssigkeit, insbesondere von ungelöstem Wasser in Kohlenwasserstoffen, beispielsweise in Kraftstoffen wie Kerosin, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Messvorrichtung ist ausgebildet mit einer Messleitung zum Durchleiten der Flüssigkeit für den Nachweis und zumindest zwei im Inneren der Messleitung angeordneten, als Elektrodenplatten ausgebildeten, flächigen Elektroden, die elektrisch isoliert voneinander beabstandet sind.
Es ist bekannt, Kerosin als Treibstoff für Flugzeuge einzusetzen. In Kerosin kann aus unterschiedlichen Gründen, beispielsweise aufgrund von Kondensation von Atmosphärenfeuchtigkeit, Wasser enthalten sein. Dieses Wasser, das beispielsweise in gelöster oder ungelöster Form vorliegen kann, könnte unter Umständen die Funktionalität von Flugzeugmotoren beeinträchtigen. Es werden daher nach dem Stand der Technik verschiedene Maßnahmen ergriffen, um einem Eintrag von Wasser, insbesondere von ungelöstem Wasser, in den Tank des Flugzeuges entgegenzuwirken.
So kann vorgesehen sein, den Kraftstoff vor dem Einleiten in den Flugzeugtank zu filtern. Die Filter können dabei durch eine Differenzdruckmessung überwacht werden. Allerdings sind die erforderlichen Filter vergleichsweise groß und das Verfahren somit vergleichsweise aufwändig. Es ist darüber hinaus bekannt, den Wasseranteil in Kerosin durch ein chemisches Nachweisverfahren, das häufig auch als "Shell-Test" bezeichnet wird, zu bestimmen. Hierbei wird in der Regel vor der Produktabgäbe Kerosin in einen Zwischenbehälter gepumpt, aus dem mittels einer Spritze eine Probe gezogen wird. Die Flüssigkeit passiert ein Indikatormaterial, das sich beim Vorhandensein von ungelöstem Wasser verfärbt. Dieses Verfahren ist jedoch vergleichsweise zeitaufwändig. Darüber hinaus basiert das Verfahren auf Stichprobenmessungen, wobei die Probe unter Umständen nicht repräsentativ sein kann. Auch ist mit diesem Verfahren keine Online-Messung möglich.
Ein weiteres Verfahren zum Bestimmen des Gehalts an freiem Wasser in Kohlenwasserstoffen ist aus der US 3,500,046 bekannt. Dieses Verfahren basiert auf der Fluoreszenz des freien Wassers. Auch dieses bekannte Verfahren ist jedoch vergleichsweise zeitaufwändig und ermöglicht keine OnIine-Messung.
Die WO 02/093147 Al offenbart ein weiteres Verfahren zum Bestimmen des Gehaltes an freiem Wasser in einer Flüssigkeit. Nach der Lehre dieser Druckschrift ist vorgesehen, die Temperatur der Flüssigkeit zu ändern, wobei aus dem Temperaturverhalten Rückschlüsse auf den Wassergehalt gezogen werden können. Aufgrund der erforderlichen Temperaturänderung ist auch dieses Verfahren vergleichsweise zeitaufwändig und nur mit Einschränkungen für Online-Messungen geeignet.
Die WO 03/054482 A2 offenbart einen Sensor zum Nachweis einer Wasserkontamination in Maschinenöl. Hierzu werden nach der WO 03/054482 A2 Impedanzmessungen an Elektroden durchgeführt, die als mäanderförmige Schichten auf einer Platine ausgebildet sind. Diese Platine wird in das Öl eingebracht. Nach der WO 03/054482 A2 wird somit eine punktuelle Messung durchgeführt, was insbesondere bei einer räumlich inhomogenen Verteilung der Wasserkontamination zu Messungenauigkeiten führen kann.
Aus der US 4,899,101, der WO 85/02016 und der DE 92 04 374 U sind verschiedene kapazitive Messvorrichtungen zum Charakterisieren von Flüssigkeiten bekannt. Insbesondere bei einer ungleichmäßigen räumlichen Verteilung der Fremdstoffe in der Flüssigkeit können bei diesen Sensoren jedoch unter Umständen Messfehler auftreten.
A u f g a b e der Erfindung ist es, eine Messvorrichtung zum Nachweis von Fremdstoffen in einer Flüssigkeit anzugeben, die eine schnelle, insbesondere kontinuierliche Messung mit besonders hoher Genauigkeit und Empfindlichkeit auch bei variierendem, insbesondere räumlich variierendem, Fremdstoffgehalt erlaubt.
Insbesondere soll die Messvorrichtung für die Flugfeldbetan- kung einsetzbar sein. Bei der Flugfeldbedankung wird in der Regel eine untere Nachweisgrenze von 30 ppm und weniger verlangt. Dabei ist zu beachten, dass Tröpfchen ungelösten Wassers feinst dispergiert mit einem Durchmesser von ca. 10 μm bis 100 μm beliebig über dem Querschnitt des Förderrohres verteilt sein können. Bei einem direkten Wassereinschlag können auch sehr große Wassertropfen und sogar eine teilweise oder vollständige Flutung des Förderrohres auftreten.
Die Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten in einer Anordnung zur Erzeugung eines im Querschnitt der Messleitung gleichförmigen elektrischen Feldes vorgesehen sind. Nach der Erfindung ist eine elektrische Messung des Fretnd- stoffgehaltes in der Flüssigkeit, insbesondere im Kerosin, an einer Messleitung vorgesehen, die von der Flüssigkeit durchströmt wird. Dabei können beispielsweise Strömungsgeschwindigkeiten von mehreren m/s vorgesehen sein. Insbesondere kann die gesamte Fördermenge durch das Messrohr geleitet werden. Die Erfindung ermöglicht dabei eine Online-Messung des Gehaltes von ungelöstem Wasser in der gesamten Fördermenge, ohne dass Stichproben erforderlich sind.
Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass mittels der Elektrodenplatten im gesamten Querschnitt der Messleitung ein gleichförmiges elektrisches Messfeld erzeugt wird. Gemäß diesem Gedanken ist die Messempfindlichkeit über dem gesamten Querschnitt der Messleitung im Wesentlichen gleich, so dass es möglich ist, die Fremdstoffe in ihrer Gesamtheit vollständig zu erfassen. Erfindungsgemäß wird also über den gesamten Querschnitt der Messleitung gemessen. Insbesondere bei einer räumlich variierenden Verteilung der Fremdstoffe in der Flüssigkeit wird somit eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt.
Ein gleichförmiges elektrisches Feld kann nach der Erfindung insbesondere ein homogenes Feld beinhalten, also ein Feld, das über dem Querschnitt der Messleitung im Wesentlichen gleich groß und gleich gerichtet ist. Ein gleichförmiges elektrisches Feld kann aber auch beinhalten, dass das elektrische Feld im Wesentlichen dieselbe Symmetrie aufweist wie der Querschnitt der Messleitung. Beispielsweise kann bei einem rechteckigen Innenquerschnitt der Messleitung ein homogenes Feld und bei einem kreisförmigen Innenquerschnitt der Messleitung ein radial gerichtetes Feld vorgesehen sein. Die Messvorrichtung ist besonders geeignet zum Nachweis von flüssigen Fremdstoffen, insbesondere ungelösten flüssigen Fremdstoffen in der Flüssigkeit. Bei dem Fremdstoff kann es sich grundsätzlich aber auch um einen festen oder gasförmigen Fremdstoff, der beispielsweise ungelöst ist, handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit um eine nicht leitende Flüssigkeit und/oder bei dem Fremdstoff um ein leitfähiges Material oder ebenfalls um ein nicht leitendes Material. Erfindungsgemäß sollten die Dielektrizitätszahlen der Flüssigkeit und des Fremdstoffes einen möglichst großen Unterschied aufweisen. Geeigneterweise weist der Fremdstoff eine höhere Dielektrizitätszahl, die auch als Permittivitätszahl bezeichnet werden kann, als die Flüssigkeit auf. Bei dem Fremdstoff kann es sich auch um einen Stoff handeln, welcher dieselbe Zusammensetzung wie die die Flüssigkeit hat, jedoch einen unterschiedlichen Aggregatzustand aufweist. Insbesondere können mit der Vorrichtung Mehrphasenströmungen gemessen werden.
Um eine besonders hohe Messgenauigkeit, insbesondere von 30 ppm oder besser, eine besonders hohe Empfindlichkeit und/oder eine besonders niedrige Messgrenze auch bei einem hohen Flüssigkeitsdurchsatz durch die Messleitung zu gewährleisten, ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass im Inneren der Mess- leitung eine Vielzahl geschichteter Elektrodenplatten als ein Elektrodenplattenpaket vorgesehen ist. Unter einer geschichteten Anordnung kann insbesondere eine solche Anordnung verstanden werden, bei der die Flachseiten benachbarter Elektrodenplatten einander zugewandt sind. Durch eine geschichtete, insbesondere gefächerte Elektrodenplattenanordnung kann bei vergleichsweise großer Querschnittsfläche der Messleitung und somit einem vergleichsweise geringen Strömungswiderstand für die durchströmende Flüssigkeit ein geringer Elektrodenabstand realisiert werden, der eine besonders hohe Messgenauigkeit und/oder Empfindlichkeit zulässt. Insbesondere für kapazitive Messungen kann hierdurch eine vergleichsweise hohe Kapazität erzielt werden, die bei geringem apparativem Aufbau eine gute Genauigkeit und/oder Empfindlichkeit zulässt. Der Abstand der Elektrodenplatten wird geeigneterweise so gewählt, dass die auftretenden Fremdstoffe, insbesondere Wassertröpfchen, leicht passieren können. Hierzu ist der Elektrodenplattenabstand vorzugsweise mindestens genauso groß und insbesondere mindestens eine Größenordnung größer als der Durchmesser der Fremdstoffteilchen. In der Anordnung der Elektrodenplatten als ein Elektrodenplattenpaket kann ein eigenständiger Erfindungsaspekt gesehen werden, der nicht zwangsläufig mit der Erzeugung eines gleichförmigen elektrischen Feldes kombiniert werden muss.
Die Messgenauigkeit kann bei geringem apparativen Aufwand dadurch verbessert werden, dass die Elektrodenplatten des Elekt- rodenplattenpaketes äquidistant angeordnet sind und/oder zumindest annähernd dieselbe Oberflächengröße aufweisen.
Für einen besonders geringen Strömungswiderstand ist es vorteilhaft, dass die Elektrodenplatten in Längsrichtung der Messleitung verlaufen. Geeigneterweise sind zwischen den Elektrodenplatten des Elektrodenplattenpaketes Durchgangskanäle ausgebildet, die sich in Längsrichtung der Messleitung erstrecken. Hierdurch sind die Durchgangskanäle entlang der Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit ausgerichtet, so dass die Neigung zur Wirbelbildung gering ist.
Ferner ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass die Elektrodenplatten zumindest bereichsweise parallel zueinander verlaufen. Hierdurch kann in besonders einfacher Weise ein gleichförmiges Feld erreicht werden.
Für eine konstruktiv besonders einfache Messvorrichtung kann es vorteilhaft sein, dass die Elektrodenplatten ebene Recht- eckplatten sind. Die Rechteckplatten können dabei unterschiedliche Seitenlängen aufweisen oder auch quadratisch ausgebildet sein.
Insbesondere für eine besonders hohe Messgenauigkeit kann es auch vorteilhaft sein, dass die Elektrodenplatten als gebogene Platten ausgebildet sind. Insbesondere können die Elektrodenplatten röhrenförmig sein. Sofern röhrenförmige Elektrodenplatten vorgesehen sind, sind diese zweckmäßigerweise ineinander angeordnet, wobei diese Anordnung vorzugsweise koaxial ist. Insbesondere können die röhrenförmigen Elektrodenplatten dieselbe Länge aufweisen und auf Stoß ineinander angeordnet sein. Für einen geringen Strömungswiderstand sind die röhrenförmigen Elektrodenplatten zweckmäßigerweise in Längsrichtung der Messleitung angeordnet.
Die röhrenförmigen Elektrodenplatten bilden im Querschnitt geeigneterweise einen geschlossenen Ring. Sie können insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Elektrodenplatten dann als Zylinderplatten ausgestaltet sein können. Die röhrenförmigen Elektrodenplatten können aber auch beispielsweise einen elliptischen, dreieckigen, achteckigen oder rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt aufweisen. Unter dem Querschnitt kann insbesondere der Schnitt quer zur Längsrichtung der Messleitung verstanden werden.
Grundsätzlich können die einzelnen Elektrodenplatten unterschiedlich ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass die Elektrodenplatten dieselbe Querschnittsform, bezogen auf die Längsrichtung der Messleitung aufweisen, wobei die Querschnittsfläche auch unterschiedlich groß sein kann. Zweckmäßigerweise entspricht die Querschnittsform der Elektrodenplatten der Form des Innenquerschnitts der Messleitung im Bereich der Elektrodenplatten. Die Kontaktleitungen zum Kontaktieren der Elektrodenplatten können beispielsweise bezüglich der Längsrichtung der Messleitung radial verlaufen. Sie können vorzugsweise auf einer dem Innenraum der Messleitung abgewandten Flachseite der jeweiligen Elektrodenplatte angeordnet sein. Insbesondere dann, wenn röhrenartige Elektrodenplatten verwendet werden, kann aber auch vorgesehen sein, zumindest einen Teil der Elektrodenplatten stirnseitig zu kontaktieren. In diesem Fall kann sich die Kontaktierung in der Strömung befinden.
Eine besonders hohe Messgenauigkeit wird nach der Erfindung dadurch gewährleistet, dass der Außenquerschnitt des Elektro- denplattenpaketes zumindest annähernd dem Innenquerschnitt der Messleitung entspricht. Vorzugsweise liegt zumindest eine im Elektrodenpaket am weitesten außen liegende Elektrode unmittelbar an der Innenwand der Messleitung an.
Eine konstruktiv besonders einfache und genaue Messvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitung zumindest im Bereich der Elektrodenplatten einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Innenquerschnitt aufweist, wobei sich die Elektrodenplatten vorzugsweise zumindest annähernd über die gesamte Breite des Innenquerschnittes der Messleitung erstrecken. Da in diesem Fall der gesamte Querschnitt der Messleitung beispielsweise als Kondensator mit homogener Feldverteilung fungiert, ist eine völlig gleichartige Bewertung aller Fremdstoffanteile, beispielsweise Wassertröpfchen, gewährleistet. Hierdurch kann eine hohe lineare Auflösung erzielt werden.
Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Messleitung im Bereich der Elektrodenplatten eine Querschnittsverjüngung aufweist. Hierdurch kann im Bereich der Elektroden- platten beispielsweise eine gezielte Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt werden, welche auch die Verteilung der Fremdstoffe im Strömungsquerschnitt beeinflussen kann.
Der messtechnische Aufwand kann weiter dadurch reduziert werden, dass die Elektrodenplatten des Elektrodenplattenpaketes zu zwei Plattengruppen elektrisch zusammengeschaltet sind, wobei benachbarte Elektrodenplatten jeweils einer unterschiedlichen Plattengruppe zugeordnet sind. Gemäß diesem Ausführungs- beispiel können die im Elektrodenplattenstapel aufeinander folgenden Elektrodenplatten abwechselnd elektrisch miteinander verbunden sein.
Sofern ein Elektrodenplattenpaket vorgesehen ist, enthält dieses geeigneterweise eine gerade Elektrodenzahl. Geeigneterweise weist jede Plattengruppe dieselbe Zahl an Elektrodenplatten auf. Insbesondere bei röhrenförmigen Elektroden kann auch eine unterschiedliche Elektrodenzahl in den beiden Plattengruppen vorgesehen sein.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, die Messvorrichtung zu Leitfähigkeitsmessungen einzusetzen. Erfindungsgemäß ist es jedoch, dass eine Kapazitätsmesseinrichtung vorgesehen ist, die mit den Elektrodenplatten zur Bestimmung der Kapazität der Elektrodenplatten in Verbindung steht . Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei der Flüssigkeit um eine elektrisch nicht leitfähige Substanz handelt. Die Kapazitätsmesseinrichtung weist geeigneterweise eine Wechselspannungs- quelle auf, mittels welcher die Elektrodenplatten mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, sowie ein Strommessgerät zum Messen des über die Elektrodenplatten fließenden Stromes. Die Wechselspannungsfrequenz kann beispielsweise im Bereich einiger 10 kHz bis einiger MHz liegen. Insbesondere kann eine Sinusspannung vorgesehen sein, wobei dann die Frequenz etwa 50 kHz betragen kann. Es kann auch eine gepulste IC-Messung vorgesehen sein, wobei in diesem Fall die Frequenz einige MHz betragen kann.
Nach der Erfindung kann zur Erhöhung der Messgenauigkeit auch zusätzlich zur Kapazitätsmessung eine Leitfähigkeitsmessung durchgeführt werden. Für eine Leitfähigkeitsmessung können beispielsweise die genannten Elektrodenplatten und/oder zusätzliche Hilfselektroden verwendet werden. Soweit eine Messung von ungelöstem Wasser in Kerosin durchgeführt wird, kann sich eine nennenswerte Leitfähigkeit allerdings unter Umständen erst bei einem sehr hohen Wasseranteil einstellen.
Eine kapazitive Messung kann insbesondere dann vorgesehen sein, wenn sich die Dielektrizitätszahl, die auch als Permit- tivitätszahl bezeichnet werden kann, des Fremdstoffes deutlich von derjenigen der Flüssigkeit unterscheidet. Dieser Fall ist bei ungelöstem Wasser in Kohlenwasserstoffen gegeben. So besitzt Wasser eine Dielektrizitätszahl von ca. 80, die im Vergleich zu der Dielektrizitätszahl von Kohlenwasserstoffen von ca. 2 bis 3 vergleichsweise hoch ist. Das Auftreten von ungelöstem Wasser in Kohlenwasserstoffen ergibt damit eine Kapazitätsänderung, die auch vergleichsweise kleine Wassermengen de- tektierbar macht. Insbesondere bei einer vollkommen entmischten Strömung kann die Kapazität in der Messvorrichtung zumindest annähernd nach folgender Gleichung bestimmt werden:
C = ε0A ^ ε2dx+εx d2
wobei C die Kapazität, A die Elektrodenfläche, ε0 die elektrische Feldkonstante, εi und ε2 die Dielektrizitätszahlen des Fremdstoffes beziehungsweise der Flüssigkeit und di sowie d2 die Schichtdicken des Fremdstoffes beziehungsweise der Flüssigkeit sind.
Soweit die Messleitung selbst leitfähig ist, ist es erfindungsgemäß, dass die Elektrodenplatten gegenüber der Messleitung elektrisch isoliert sind. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Elektrodenplatten gegenüber dem Inneren der Messleitung elektrisch isoliert sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Kapazitätsmessung durchgeführt wird. Durch Isolation der Elektrodenplatten gegenüber dem Inneren der Messleitung kann eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden, die insbesondere unabhängig vom Leitwert der Fremdstoff-Flüssigkeits-Mischung sein kann.
Zur Isolierung der Elektrodenplatten gegenüber dem Inneren der Messleitung sind diese geeigneterweise beschichtet, insbesondere mit einem Kunststoffmaterial . Sofern ein Elektrodenplat- tenpaket verwendet wird, sind geeigneterweise alle Elektrodenplatten elektrisch isoliert.
Bei Verwendung metallischer Elektrodenplatten hat sich gezeigt, dass unter Umständen der Fremdstoff, beispielsweise das Wasser, an den Elektrodenplatten anhaftet und/oder anderweitig mit den Elektrodenplatten reagiert. Hierdurch kann das Ansprechverhalten der Messvorrichtung, vor allem die Reversibilität der Messvorrichtung, beeinflusst sein. Insbesondere aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, dass die Elektrodenplatten ein beschichtetes Metallmaterial aufweisen. Die Be- schichtung kann dabei eine hydrophobe Beschichtung und/oder eine Kunststoffbeschichtung sein. Durch die Beschichtung kann der Anhaftung entgegengewirkt werden und somit eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden. Die Beschichtung kann dabei auch zur Isolation der Elektrodenplatten gegenüber dem Inneren der Messleitung dienen. Die Elektrodenplatten können beispielsweise aus V2A-Stahl hergestellt sein. Soweit ein Elektrodenplattenstapel verwendet wird, sind geeigneterweise alle Elektrodenplatten dieses Stapels beschichtet. Alternativ oder zusätzlich zu einer Beschichtung kann auch eine andere fremdstoffabweisende Oberflächenbehandlung vorgesehen sein.
Die Messgenauigkeit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann weiter dadurch erhöht werden, dass die Innenwand der Messleitung in der Umgebung der Elektrodenplatten elektrisch isolierend ausgebildet ist. Hierdurch kann unerwünschten Strömen in der Wand der Messleitung entgegengewirkt werden.
Ferner ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass zumindest eine Stütze zwischen zumindest zwei benachbarten Elektrodenplatten angeordnet ist. Diese Stütze ist geeigneterweise isolierend, das heißt als Isolatorstütze, ausgebildet. Einer solchen Stütze können zwei Aufgaben zukommen. Zum einen kann die Stütze dazu dienen, die beiden Elektrodenplatten auf Distanz zu halten. Zum anderen kann die Stütze derart ausgebildet sein, dass sich ihre Leitfähigkeit bei Kontakt mit dem Fremdstoff und insbesondere bei dessen Anlagerung an der Oberfläche der Stütze ändert . Hieraus kann eine Änderung der Leitfähigkeit zwischen den benachbarten Elektrodenplatten resultieren, die messtechnisch zur Bestimmung des Fremdstoffgehaltes ausgenutzt werden kann. Soweit der Fremdstoff nicht wieder von der Stütze resorbiert wird, kann so eine integrierende Messung der durchgeleiteten Gesamtfremdstoffmenge erfolgen.
Die Isolatorstütze kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial aufweisen. Es wurde beobachtet, dass an der Oberfläche solcher Kunststoffstützen Wassermoleküle anhaften, was zu einer messbaren Leitfähigkeit zwischen den benachbarten Elektrodenplatten führte. Durch Messung des Widerstandes beziehungsweise des Leitwertes kann in diesem Fall eine Überwachungsmessung mit großem Messeffekt durchgeführt werden.
Ist eine elektrische Leitung der Stütze aus messtechnischen Gründen hingegen unerwünscht, so kann diese beispielsweise oberflächenbehandelt, beschichtet und/oder hydrophobisiert werden, so dass einem Anhaften des Fremdstoffes entgegenwirkt ist.
Für eine besonders hohe Stabilität und gegebenenfalls einen guten Messeffekt bei Messung der Leitfähigkeit über die Stütze ist es vorteilhaft, dass sich die Stütze über alle Elektrodenplatten des Elektrodenplattenpaktes erstreckt. Beispielsweise kann die Stütze als Stützstange ausgebildet sein, die Einkerbungen zur Aufnahme der Elektrodenplatten aufweist.
Es ist auch möglich, eine Leitfähigkeitsmessung, insbesondere über die zumindest eine Stütze und/oder über andere Elemente, mit einer Kapazitätsmessung zu kombinieren, wofür beispielsweise zwei Messvorrichtungen hintereinander geschaltet werden können. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, die Spaltbreite zwischen den Elektrodenplatten der Messvorrichtung, die für die Leitfähigkeitsmessung eingesetzt wird, enger zu gestalten als die Spaltbreite zwischen den Elektrodenplatten der Messvorrichtung, die für die kapazitive Messung eingesetzt wird.
Die Messgenauigkeit kann weiter dadurch erhöht werden, dass zumindest ein Temperaturfühler zum Erfassen der Temperatur der Flüssigkeit im Inneren der Messleitung vorgesehen ist. Dieser Temperaturfühler kann zur Ermittlung der Produkttemperatur dienen, die zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätszahl herangezogen werden kann. Besonders geeignet ist die Messvorrichtung zum Nachweis ungelösten Wassers in Kerosin bei der Flugzeugbetankung . Geeigneterweise ist somit die Flüssigkeit Kerosin und der Fremdstoff Wasser.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung kann in einer Abgabevorrichtung für eine Flüssigkeit mit einer Leitung, die eine Abgabeöffnung aufweist, gesehen werden, wobei die Abgabevorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass, insbesondere im Bereich der Abgabeöffnung, eine erfindungsgemäße Messvorrichtung vorgesehen ist. Die Abgabevorrichtung kann beispielsweise an einem Tankfahrzeug vorgesehen sein und/oder die Leitung mit einem Tank in Verbindung stehen. Insbesondere kann die Abgabevorrichtung für den Nachweis von Manipulationen an der Flüssigkeit dienen, beispielsweise für den Nachweis einer Beimischung von Luft bei der Heizölabgabe. Besonders in diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Messvorrichtung in unmittelbarer Nähe der Abgabeöffnung angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung kann in einem Verfahren zum Betanken eines Flugzeugs gesehen werden, bei dem Kerosin über eine Leitung in einen Flugzeugtank gefördert wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Leitung eine erfindungsgemäße Messvorrichtung angeordnet ist, dass mittels der Messvorrichtung die Dielektrizitätszahl des durch die Leitung strömenden Kerosins ermittelt wird, und dass aus der ermittelten Dielektrizitätszahl der Anteil an ungelöstem Wasser im Kerosin bestimmt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen: Fig. 1 eine Messvorrichtung in geschnittener Seitenansicht ;
Fig. 2 die Messvorrichtung aus Fig. 1 in geschnittener
Draufsicht;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung in Frontansicht;
Fig. 4 die Vorrichtung der Fig. 3 in geschnittener Draufsicht ;
Fig. 5 das Elektrodenplattenpaket des Ausführungsbeispiels der Figuren 3 und 4 in perspektivischer Darstellung;
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung in geschnittener Draufsicht;
Fig. 7 das Elektrodenplattenpaket der Vorrichtung der
Fig. 6 in perspektivischer Ansicht;
Fig. 8 ein Elektrodenplattenpaket einer Messvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform in Frontansicht; und
Fig. 9 das Elektrodenplattenpaket aus Fig. 8 in perspektivischer Darstellung.
Gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet . Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Die Messvorrichtung weist eine rohrförmige Messleitung 10 mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen 11, 12 zum Durchleiten einer Flüssigkeit auf. Im Bereich der Öffnungen 11, 12 ist die Messleitung 10 zur besonders einfachen Verbindung mit benachbarten Leitungsabschnitten mit einem kreisrunden Innenquerschnitt versehen.
In einem mittleren Bereich der Messleitung 10 weist diese eine Verjüngung 16 ihres Innenquerschnitts auf. Im Bereich dieser Verjüngung 16 ist die Messleitung 10 mit einem quadratischen Innenquerschnitt ausgebildet. Im Bereich der Verjüngung 16 sind an der Innenwand der Messleitung 10 zwei gegenüberliegende Elektrodenplatten 20, 21 mit gegenüberliegenden Flachseiten angeordnet. Diese Elektrodenplatten 20, 21 sind Spiegelsymmetrisch angeordnet und weisen an ihren Flachseiten beide dieselbe Elektrodenoberfläche A auf. Die in Längsrichtung der Messleitung 10 gemessene Länge b der rechteckigen Elektrodenplatten 20, 21 ist dabei größer als ihre quer zur Längsrichtung der Messleitung 10 gemessene Breite a. Die Länge b der Elektrodenplatten 20, 21 entspricht zumindest annähernd der Länge der Verjüngung 16. Die beiden Platten 20, 21 verlaufen parallel zueinander und sind mit dem Abstand d angeordnet.
Über radial verlaufende Kontaktstifte 24, 25, die sich durch die Wandung der Messleitung 10 nach außen erstrecken, sind die beiden Elektrodenplatten 20, 21 mit einer Kapazitätsmesseinrichtung 51 leitungsverbunden, welche die beiden Elektroden 20, 21 mit einer elektronischen Wechselspannung beaufschlagt. Es bildet sich dabei ein homogenes elektrisches Feld zwischen den beiden Elektrodenplatten 20, 21 aus, wobei die Streukapazität häufig vernachlässigt werden kann. Die zu messende Flüssigkeit bewegt sich mit der Geschwindigkeit v durch das Feld und erzeugt abhängig von ihrer Die- lektrizitätszahl eine veränderliche Kapazität C zwischen den Elektrodenplatten 20, 21, die gemessen wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung ist in den Figuren 3 bis 5 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der Figuren 3 bis 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass statt zwei Elektroden ein ganzes Elektrodenpaket 29 mit einer Vielzahl übereinander angeordneter Einzelelektroden 20 bis 20n und 21 bis 21n vorgesehen ist. Über eine senkrecht zu den Elektrodenplatten 20, 21 verlaufende erste Seitenplatte 22 sind die Elektrodenplatten 20 bis 20n elektrisch miteinander verbunden, so dass eine erste Plattengruppe gebildet ist. Entsprechend sind über eine zweite, parallel zur ersten Seitenplatte 22 verlaufende Seitenplatte 23 die Elektrodenplatten 21 bis 21n elektrisch verbunden, so dass eine zweite Plattengruppe gebildet ist. An den Seitenplatten 22, 23 ist jeweils ein Kontaktstift 24, 25 vorgesehen, wobei die Kontaktstifte zur Verbindung mit einer in den Figuren 3 bis 5 nicht dargestellten Kapazitätsmesseinrichtung dienen.
Die Elektrodenplatten 20 bis 20n und 21 bis 21n greifen kammartig ineinander, wobei auf eine Elektrodenplatte 20 der ersten Plattengruppe eine Elektrodenplatte 21 der zweiten Plattengruppe folgt und sich hieran wieder eine Elektrodenplatte 20 der ersten Plattengruppe anschließt.
Zwischen den benachbarten Elektrodenplatten 20, 21 sind Durchgangskanäle 28 ausgebildet, die in Längsrichtung der Messleitung 10 verlaufen. Durch diese Kanäle 28 strömt die Flüssigkeit mit der Geschwindigkeit v hindurch. Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, entspricht im Bereich des Elektrodenplattenpaktes 29 der Innenquerschnitt 17 der Mess- leitung 10 zumindest annähernd dem Außenquerschnitt des Elektrodenplattenpaktes 29, so dass die Flüssigkeit ausschließlich durch die zwischen den Elektrodenplatten 20, 21 ausgebildeten Durchgangskanäle 28 strömt und nicht am Elektro- denplattenpaket 29 vorbei.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Wie beim Ausführungsbeispiel der Figuren 3 bis 5 ist auch beim Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 ein Elektrodenplattenpaket 29 vorgesehen. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Figuren 3 bis 5 sind die Elektrodenplatten 20 bis 20n und 21 bis 2111"1 jedoch nicht als flache Rechteckelektroden sondern als koaxiale Zylinderelektroden gleicher Länge ausgebildet, die auf Stoß koaxial ineinander angeordnet sind.
Stirnseitig an den koaxialen Elektrodenplatten 20, 21 sind zwei radial verlaufende Stege 26, 27 aus einem leitfähigen Material angeordnet. Über den Steg 26 sind die Elektrodenplatten 20 bis 20n elektrisch zur ersten Plattengruppe zusammengeschaltet. Über den Steg 27 sind die Elektrodenplatten 21 bis 2111"1 zur zweiten Plattengruppe zusammengeschaltet. Über Leitungen, die an den Stegen 26, 27 angeordnet sind, sind die beiden Plattengruppen mit einer nicht dargestellten Kapazitätsmesseinrichtung verbunden.
Bei der koaxialen Anordnung der Elektrodenplatten 20, 21 der Figuren 6 und 7 folgt in radialer Richtung auf eine Elektrodenplatte 20 der ersten Plattengruppe eine Elektrodenplatte 21 der zweiten Elektrodenplatte, auf die wiederum eine Elektrodenplatte 20 der ersten Plattengruppe folgt. Die Zahl der Elektrodenplatten 21 der zweiten Plattengruppe ist um eins niedriger als die Zahl der Elektrodenplatten 20 der ersten Plattengruppe .
Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 sind zwischen den Elektrodenplatten 20, 21 ringartige Durchgangskanäle 28 ausgebildet, die koaxial zur Längsachse der Messleitung 10 verlaufen. Durch diese kann die Flüssigkeit mit der Geschwindigkeit v hindurchströmen. Die äußerste Elektrodenplatte 20 des Elekt- rodenplattenpaketes 29 weist einen Außendurchmesser auf, der zumindest annähernd dem Innendurchmesser der Messleitung 10 im Bereich des Elektrodenplattenpaketes 29 entspricht. Dabei ist der Innenquerschnitt der Messleitung 10 durchgehend kreisrund ausgebildet .
Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 ist im Inneren der Messleitung 10 überdies ein Temperaturfühler 56 angeordnet, der zur Bestimmung der Flüssigkeitstemperatur dient.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Elektrodenplattenpaketes 29 zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Wie beim Ausführungsbeispiel der Figuren 3 bis 5 sind auch beim Ausführungs- beispiel der Figuren 8 und 9 flache, rechteckige Elektrodenplatten übereinander gestapelt angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 8 und 9 sind überdies zwei stabartige Stützen 40, 40' aus einem Isolatormaterial vorgesehen, die senkrecht zu den einzelnen Elektrodenplatten 20, 21 durch das Elektrodenplattenpaket 29 hindurch verlaufen. In den stabartigen Stützen 40, 40' sind radial verlaufende Schlitze 41 ausgebildet, in denen die Elektrodenplatten 20, 21 gehalten sind. Die isolierenden Stützen 40, 40' dienen dazu, die Elektrodenplatten 20, 21 auf Distanz zu halten. Daneben kann auch ein über die Stützen 40, 40' zwischen den beiden Plattengruppen fließender Strom zur Bestimmung der Flüssigkeitszusammensetzung herangezogen werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 8 und 9 weisen die Elektrodenplatten 20, 21 stirnseitig angeordnete Nasen 71 auf, die durch entsprechende Ausnehmungen in seitlich angeordneten, senkrecht zu den Elektrodenplatten 20, 21 verlaufenden Stützplatten 72 hindurchstehen. Auch mittels dieser Nasen 71 wird die Position der Elektrodenplatten 20, 21 relativ zueinander fixiert .

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Messvorrichtung zum Nachweis von Fremdstoffen in einer Flüssigkeit, insbesondere von ungelöstem Wasser in Kohlenwasserstoffen, mit
-einer Messleitung (10) zum Durchleiten der Flüssigkeit für den Nachweis und
-zumindest zwei im Inneren der Messleitung (10) angeordneten, als Elektrodenplatten (20, 21) ausgebildeten, flächigen Elektroden, die elektrisch isoliert voneinander beabstandet sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
-dass die Elektrodenplatten (20, 21) in einer Anordnung zur Erzeugung eines im Querschnitt der Messleitung (10) gleichförmigen elektrischen Feldes vorgesehen sind.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass im Inneren der Messleitung (10) eine Vielzahl geschichteter Elektrodenplatten (20, 21) als ein Elektro- denplattenpaket (29) vorgesehen ist.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrodenplatten (20, 21) des Elektrodenplat- tenpaketes (29) äquidistant angeordnet sind und/oder beispielsweise zumindest annähernd dieselbe Oberflächengröße aufweisen .
4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrodenplatten (20, 21) in Längsrichtung der Messleitung (10) verlaufen.
5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen den Elektrodenplatten (20, 21) des Elektro- denplattenpaketes (29) Durchgangskanäle (28) ausgebildet sind, die sich in Längsrichtung der Messleitung (10) erstrecken.
6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrodenplatten (20, 21) parallel zueinander verlaufen.
7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrodenplatten (20, 21) ebene Rechteckplatten sind.
8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrodenplatten (20, 21) röhrenförmig sind und beispielsweise einen kreisförmigen, elliptischen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen.
9. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Außenquerschnitt des Elektrodenplattenpaketes (29) zumindest annähernd dem Innenquerschnitt der Messleitung (10) entspricht.
10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messleitung (10) zumindest im Bereich der Elektrodenplatten (20, 21) einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Innenquerschnitt aufweist, wobei sich die Elektrodenplatten (20, 21) vorzugsweise zumindest annähernd über die gesamte Breite des Innenquerschnittes der Messleitung (10) erstrecken.
11. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messleitung (10) im Bereich der Elektrodenplatten (20, 21) eine Querschnittsverjüngung (16) aufweist.
12. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrodenplatten (20, 21) des Elektrodenplat- tenpaketes (29) zu zwei Plattengruppen elektrisch zusammengeschaltet sind, wobei benachbarte Elektrodenplatten (20, 21) jeweils einer unterschiedlichen Plattengruppe zugeordnet sind.
13. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Kapazitätsmesseinrichtung (51) vorgesehen ist, die mit den Elektrodenplatten (20, 21) zur Bestimmung der Kapazität der Elektrodenplatten (20, 21) in Verbindung steht.
14. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrodenplatten (20, 21) ein, vorzugsweise elektrisch isolierend, beschichtetes Metallmaterial aufweisen.
15. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Innenwand der Messleitung (10) in der Umgebung der Elektrodenplatten (20, 21) elektrisch isolierend ausgebildet ist.
16. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest eine Stütze (40) , insbesondere eine Isolatorstütze, zumindest zwischen zwei benachbarten Elektrodenplatten (20, 21) angeordnet ist.
17. Messvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass sich die Stütze (40) über alle Elektrodenplatten (20, 21) des Elektrodenplattenpaketes (29) erstreckt.
18. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest ein Temperaturfühler (56) zum Erfassen der Temperatur der Flüssigkeit im Inneren der Messleitung (10) vorgesehen ist.
19. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Flüssigkeit Kerosin ist.
20. Abgabevorrichtung für eine Flüssigkeit mit einer Leitung, die eine Abgabeöffnung aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass, insbesondere im Bereich der Abgabeöffnung, eine Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 vorgesehen ist.
21. Verfahren zum Betanken eines Flugzeugs, bei dem Kerosin über eine Leitung in einen Flugzeugtank gefördert wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
-dass in der Leitung einer Messvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 19 angeordnet ist, -dass mittels der Messvorrichtung die Dielektrizitätszahl des durch die Leitung strömenden Kerosins ermittelt wird, und -dass aus der ermittelten Dielektrizitätszahl der Anteil an ungelöstem Wasser im Kerosin bestimmt wird.
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