WO2018197108A1 - Elektrische messanordnung - Google Patents

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WO2018197108A1
WO2018197108A1 PCT/EP2018/056867 EP2018056867W WO2018197108A1 WO 2018197108 A1 WO2018197108 A1 WO 2018197108A1 EP 2018056867 W EP2018056867 W EP 2018056867W WO 2018197108 A1 WO2018197108 A1 WO 2018197108A1
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opening
outer electrode
measuring arrangement
electrical measuring
electrode
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PCT/EP2018/056867
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Siegfried Stallmann
Oliver Wiech
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Testo SE & Co. KGaA
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
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    • G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02—Food
    • G01N33/03—Edible oils or edible fats

Definitions

  • the invention relates to an electrical measuring arrangement for kapa ⁇ zitiven measurement of a liquid with an inner electrode, which is arranged concentrically ⁇ to a surrounding outer electrode, so that between the inner electrode and the outer electrode, a measuring space is formed, wherein the mecanicelektro ⁇ de an axial ends of the measuring space at the outer electrode is held ⁇ th and wherein in the outer electrode an inlet opening to the measuring space and a drain opening are formed from the measuring space.
  • Such electrical measuring arrangements are known and are used, for example, to check a quality of a frying oil or frying fat in a fryer or frying plant. It is used that the electricity constant of frying oil or frying fat changes, the longer the frying oil or frying fat in use.
  • the dielectric constant has this effect on the capacity of an educated ⁇ th through the outer electrode and the inner electrode capacitor, which can be mittein electrically and / or electronically register.
  • the concentric arrangement of the outer electrode and inner ⁇ electrode to each other has the advantage over the likewise known planar electrode arrangements advantage and can for example be characterized in that, outside of the measuring chamber or the outer electrode - with the exception of Randeffek ⁇ th example, at ends of the measuring space in relation to a longitudinal axis of the coaxial arrangement - virtually no stray field is present, which disturb the sensitive capacitance measurement could.
  • the invention has for its object to form an electrical measuring arrangement with improved performance characteristics.
  • the invention proposes that the outer electrode and the inner electrode are made of stainless steel and that the inner ⁇ electrode is held at the axial ends in each case by an insulating, wherein the insulating elements made of a food-grade material.
  • the material is a glass ceramic or a plastic.
  • the invention has recognized that the use of glass ceramic for insulating elements on the one hand brings good electrical insulation properties and on the other hand an impairment o contamination of the passing liquid, such as frying oil or frying fat, avoidable or even completely excluded.
  • the performance characteristics of Messanordung be improved. It is particularly favorable if the material of the insulating elements has at least one feature a) to d), preferably several features a) to d), from the following group:
  • the insulating elements are
  • spanbeaillebaren glass ceramics has the advantage that manufacturing tolerances can be kept low, so with little effort, for example by ei ⁇ ne grinding post a fitting and defined training set of the inner electrode in the outer electrode is achievable. This facilitates the factory calibration. Thus, the performance properties are improved.
  • the insulating elements are thus preferably machined.
  • the property réelle water take ⁇ has proved tatsbetician as unfavorable effect for accurate capacity. This can be achieved for example by a pore-free material.
  • Non-porous materials Kgs ⁇ NEN also good properties with respect to a turning operation comprise.
  • the use of glass ceramic has the further advantage that a good temporal consistency of the electricity properties of the insulating elements can be achieved. This advantageously has the effect that recurring calibrations of the measuring arrangement can be avoided. This also improves the performance properties.
  • the measuring space encloses the inner electrode in a circumferential direction or is limited to a closed circumferential section or several closed peripheral sections.
  • the stainless steel is food safe.
  • additional coatings for example, for food-safe th of a frying oil or frying fat, which is to be supplied for reuse in a food preparation, dispensable.
  • Particularly favorable here is the use of stainless steel with the material number 1.4404 or AISI 316L. This can be achieved, for example, by using a stainless steel with the short name X2CrNiMol7-12-2.
  • the insulating elements have a glass matrix with mica crystals. It has been found that such Ma ⁇ selected materials that is particularly favorable to prevent the ingress of fluids into the flues ⁇ insulating element, a change in the electrical properties over time result. It is thus possible to provide compact insulating elements which can be produced by chip machining, in particular by turning, for example, rod material.
  • borosilicate glass matrix has proven particularly favorable. Insulating elements with 55% Flourophlogopitglimmer and / or 45% borosilicate glass have particularly good mechanical processing properties.
  • Such machinable glass ceramics are offered, for example, by Schröder Spezialglas GmbH, Buchenweg 20 in 25479 Elerlau under the name "MACOR”.
  • these materials can be characterized by a chemical composition comprising 46% silica, 17% magnesia, 16% alumina, 10% potassium oxide, 7% boria and 4% fluorine.
  • the insulating elements are formed pore-free. This is for example, by the described insulating elements with egg ⁇ ner glass matrix with mica crystals reachable. The absence of pores causes the active ingredient of the insulation be ⁇ Sonders is dense and thus water retention in the use of the measuring arrangement can be avoided. This increases the temporal stability ⁇ formality of the measuring system and avoids expensive subsequent calibration steps.
  • the insulating elements are made as turned parts.
  • the Fer ⁇ tion as a rotating part has the advantage that the insulating elements can be used without further finishing in cylindrical or circular structures. Due to the possibility of turning, the diameters can be matched to one another so precisely that a defined alignment of the inner electrode with respect to the outer electrode can be achieved in a simple manner. This is necessary that the capacitance of the capacitor formed between the inner electrode and outer electrode is accurately mathematically modeled mög ⁇ lichst.
  • This mathematical model has the advantage that detection of temperature influences on the capacitance of the capacitor, wherein ⁇ example by thermal expansion, is simply mapped.
  • a seal is arranged from a life ⁇ -safe sealing material between the inner electrode and at least one of the insulating members at least.
  • a life ⁇ -safe sealing material between the inner electrode and at least one of the insulating members at least.
  • the measuring arrangement includes only the materials stainless steel and ceramic, in particular in each case as described above, and possibly food safe you ⁇ processing material.
  • the outer electrode has on the outside at least one material ⁇ withdrawal.
  • the advantage here is that at unverän ⁇ derter maximum outer dimension of the outer electrode and with unchanged shape to the measuring chamber, a reduction in the use of material for the outer electrode can be achieved.
  • This comparison ring réelle material usage has particular, a reduced copy ⁇ tion of a heat capacity of the outer electrode resulted.
  • the outer electrode can understand faster temperature changes in the liquid passed through.
  • the outer electrode is temperature controlled, beispielswei- se by a angeord ⁇ Neten in a receptacle in the outer electrode temperature sensor is thus a more accurate Begursichti ⁇ supply of the temperature behavior of the measuring arrangement attainable.
  • the material withdrawal is formed adjacent to the inlet opening and / or the outlet opening.
  • the advantage here is that the inlet opening and / or the drain opening can use the maximum outer dimension of the outer electrode / can, so that in each case a channel for the liquid with the largest possible channel length is formed. Such a channel forms a good shield to the outside, by which a stray field from the measuring space is reduced or even almost completely avoided ⁇ constantly.
  • the material withdrawal over a length of the measuring space is formed.
  • This allows an outer electrode with as equal ⁇ constant cross section basic shape along the length of the measurement space, so for example, along a longitudinal axis of koaxia- len array of outer electrode and inner electrode.
  • the features of the second independent claim are alternatively or additionally provided according to the invention in an education of possibly independent inventive quality.
  • the inlet opening and the outlet opening are each open radially and that an internal dimension of the inlet opening and the professionöff ⁇ voltage transverse to the longitudinal direction is smaller than an inner diameter of the measuring space.
  • the lights in ⁇ neneat even smaller than a diameter of the inner electrode.
  • the openings are small in size compared to a geometry of the measuring space.
  • a proportion of the electric field seen in the measuring space, which can penetrate through the openings to the outside, can thus be kept very small.
  • a capacitance measurement is thus practically unaffected by changes outside the outer electrode feasible.
  • the performance characteristics of Messanordung be improved. It is thus a Faraday cage formable.
  • the invention thus achieves a flow through the measuring space whose velocity vector has a non-vanishing radial or - in relation to a longitudinal extent or an axis of the coaxial arrangement - transversal component, due to the radial orientation of the inlet opening and the drain opening, while the use of machinable glass ceramics for a simple, defined alignment of mecanicelekt ⁇ rode in relation to a position of the longitudinal slots is usable.
  • This has proven to be a particularly effective means of avoiding clogging of the measuring space by particles or solid components in the liquid. It is thus avoidable to disassemble the measuring arrangement too often for cleaning.
  • This has been found to be advantageous because the emp ⁇ -sensitive capacitance measurement requires, due to their high degree of dependence on a geometry of the measuring arrangement, a re-calibration of the measuring arrangement Ka ⁇ after disassembling.
  • the inlet opening and the outlet opening are / is in each case designed as a radially opened longitudinal slot which extends in each case along a longitudinal direction of the outer electrode.
  • the clear inner ⁇ measure is a slit width.
  • the inlet opening and / or the drain opening is / are formed as at least one bore. This is particularly easy to manufacture. It is also possible for a respective sequence of bores, which may extend in the longitudinal direction, to be formed. It is thus a row of holes formable to realize the most homogeneous cylinder capacitor and to additionally reduce the cost (drilling instead of milling).
  • the inlet opening extends over at least half of a length of the measuring space.
  • the measuring space above ei ⁇ nen much of his Roueckung is flushable.
  • the setting of food particles and the like is thus effectively prevented.
  • the drain opening extends over at least three quarters of the length or even over the length of the measuring space.
  • Such stagnant liquids can falsify the measurement result when the (remaining) flowing liquid changes. There are thus dead spaces to which could accumulate bubbles in the measuring space, avoidable.
  • the discharge opening extends over at least half a length of the measurement ⁇ period.
  • the advantage here is that a long-term emptying of the measuring space can be achieved. Deposits that could falsify the measurement result are therefore avoidable.
  • the drain opening extends over at least three quarters of the length or even over the length of the measuring space. This is particularly favorable for a residue-free or at least low-residue emptying of the measuring space. Generally it can be said that it is more favorable for the avoidance of residues in the measuring room all the more if the inlet opening and the outlet opening placed as long as possible out forms ⁇ are.
  • the length of the measuring room is a natural limit.
  • the inlet opening and the outlet opening have the least possible internal clear dimension, in particular a particularly small slot width, in order to generate as little stray field as possible.
  • the inlet opening and the drain opening are arranged on opposite sides of the outer electrode. It is thus achievable, for example, that the inlet opening and the outlet opening are arranged diametrically opposite one another - with respect to a longitudinal axis of the coaxial arrangement - and that the inlet opening and the outlet opening are aligned with one another. It is particularly favorable in this case if the inner electrode is arranged between the inlet opening and the drain opening. This has the advantageous effect that the flowing liquid is forced to rinse the inner electrode to at ⁇ . This helps to avoid the described deposits and stagnant portions of the liquid.
  • the measuring space defines a measuring gap with a gap width on both sides of the inner electrode.
  • a narrow measuring gap By forming a narrow measuring gap, a correspondingly high capacitance value between the electrodes can be achieved, with which slight changes in the time profile of the electrical permittivity of the liquid can be detected.
  • a sum of the gap widths is smaller than the slit width or the clear inside dimension of the inlet opening and / or the beide ⁇ ff ⁇ voltage.
  • the inner electrode covers the inlet opening on the inside in the circumferential direction.
  • the inner electrode covers the drain opening on the inside in the circumferential direction.
  • a change in direction in a flow for example the flow already mentioned, can be forced at an exit from the measuring space, which is advantageous for a good flushing of the measuring space.
  • the inlet opening forms a channel whose channel length is greater than a gap width of a measuring gap, for example, the aforementioned measuring gap, between the outer electrode and the inner electrode.
  • the channel is laterally closed, that is delimited by a metal wall formed by the outer electrode or connected to it.
  • ⁇ by a good shield between the measuring room and an outside environment can be reached.
  • the outlet opening forms a preferably laterally closed channel whose channel length is greater than or a gap width of a measuring gap, for example the measuring gap already mentioned, between the outer electrode and the inner electrode.
  • the drain opening can be formed with a good shielding of the measuring space. High-frequency capacitance measurements in the measuring chamber are thus low-interference or even-for example, with a design of the inlet opening and the drain opening each as a channel in the manner described-trouble-free feasible.
  • the measuring space has a basic shape of a hollow cylinder. It is thus a curved flow path extending in the measuring space ⁇ formable. This has proved to be favorable in order to achieve a continuous and as complete as possible rinsing of the measuring space.
  • the hollow cylindrical basic shape which may be supplemented or modified by constructive designs, also causes a bilateral flushing of réelleelekt ⁇ rode, which may turn out to be beneficial for increasing a Mess ⁇ accuracy.
  • the outer electrode is arranged in a sealed housing.
  • the outer electrode can be protected against mechanical Bean ⁇ spruchungen. An unwanted electrical contact with the outer electrode is thus avoidable.
  • a housing for example the housing already mentioned, has an inlet connection corresponding to the inlet opening and a drain connection corresponding to the outlet opening.
  • the advantage here is that a defined flow behavior can be achieved.
  • the measuring arrangement can be easily integrated into a circulatory system. In this case, it can be provided that the inlet connection and the outlet connection are arranged offset from one another in the longitudinal direction are. It is thus achievable as complete as possible flow through the measuring space, for example, to prevent deposits.
  • a simple design of the staggered arrangement can be achieved in that the inlet connection and the outlet connection are arranged at opposite ends of the measuring space. This can be used to Dead ⁇ volumes in which stagnant fluid can collect shares Toggle to avoid.
  • the inlet opening extends in the longitudinal direction at most over a region occupied by the inlet connection.
  • the outlet opening extends in the longitudinal direction at most over a region occupied by the outlet connection. It is thus possible to form small openings which do not restrict and impede a flow of the liquid.
  • the longitudinal slots can thus be limited to the inlet and outlet area: This has the advantages that
  • the outer electrode is arranged spaced from the or a housing.
  • electrical insulation of the Au ⁇ ′′elektrode without additional insulation elements can be achieved.
  • At the outer electrode On the outside at least one flow obstacle is formed.
  • an outside bypass of liquid at the outer electrode in the space between the outer electrode and the housing is avoidable or at least reducible.
  • at least one receptacle is formed for a temperature sensor ⁇ on the outer electrode.
  • FIG. 1 shows an inventive electrical measuring arrangement in a three-dimensional oblique view with longitudinally cut housing
  • FIG. 2 shows the measuring arrangement of FIG. 1 in a longitudinal section with the housing removed
  • FIG. 4 shows the measuring arrangement from FIG. 1 in a cross section according to FIG. 3 in a longitudinal view, FIG.
  • FIG. 5 shows the measuring arrangement from FIG. 1 in a three-dimensional oblique view onto the sectional plane according to FIG. 3 in the direction of the electronics end of the outer electrode
  • Fig. 6 shows the measuring arrangement of Fig. 1 in a three-dimensional oblique view of a longitudinal section analogous to
  • Fig. 7 shows the measuring arrangement of Fig. 1 with the sectional view of FIG. 6 in a front view. The figures will be described together below.
  • An electrical measuring arrangement 1 is set up in a manner known per se for the capacitive measurement of a liquid.
  • the measuring arrangement 1 has an inner electrode 2 and an outer electrode 3.
  • the outer electrode 3 surrounds the inner ⁇ electrode 2 to the outside.
  • the inner electrode 2 is arranged concentrically or coaxially with the outer electrode 3.
  • a measuring space 4 is formed between the inner electrode 2 and the outer electrode 3.
  • the inner electrode 2 is held on the outer electrode 3 at axial ends 6, 7 of the measuring space 4.
  • a feed opening 8 to the measuring space 4 is formed.
  • a drain opening 9 is also formed from the measuring space 4.
  • the outer electrode 3 and the inner electrode 2 are made of stainless steel.
  • the inner electrode 2 is held at the axial ends 6, 7 in each case by an insulating element 10, 11.
  • the insulating elements 10, 11 are each made of a machinable glass ceramic.
  • Both the outer electrode 3 and the inner electrode 2 are made of food grade stainless steel.
  • the steel has a material number no. 1.4404 or AISI 316 L and is known by the short name X2CrNiMo 17-12-2.
  • the glass ceramic of the insulating elements 10, 11 has a glass ⁇ matrix, here a borosilicate glass matrix, with mica crystals.
  • a composition of 55% fluorophlogomite mica and 45% borosilicate glass was chosen. This results in a total of thus a chemical composition with 46% Silizi ⁇ umoxid, 17% magnesium oxide, 16% alumina, 10% potassium oxide, 7% boron oxide and 4% fluorine.
  • This choice of material causes the ceramic in materiality ⁇ union is non-porous and can absorb water. The water absorption is a problem with other materials, as a result, the permittivity of the insulating elements 10, 11 is changed ⁇ changed. This affects the capacity measurement unfavorably.
  • the glass ceramic of the type described has the advantage that the permittivity over a wide temperature range, at least between 20 ° C and 200 ° C, only insignificantly, ie at most within the measurement accuracy for the described capacitance ⁇ measurement or even the Permitt foundedsunk varies and thus can be regarded as constant.
  • the measuring arrangement 1 is formed freestanding.
  • an electronics area 12 connects.
  • the measuring space 4 is sealed against this electronics area 12 by means of seals 13.
  • the insulating elements 10, 11 are each made as round turned parts ge ⁇ and fitted into the outer electrode 3 at the axial ends 6, 7. By this fit, a defined, central or central orientation of the inner electrode 2 is achieved relative to the outer electrode 3, which leads to the described coaxial or concentric structure of the electrical measuring device 1.
  • the gaskets 13 are made of food safe TERIAL Dichtungsma-, for example, food grade rubber or life ⁇ -grade elastomers are formed. Each of the seals 13 has the shape of an O-ring.
  • the material returns 14 are arranged on both sides of the inlet opening 8 and 9 of the drain opening.
  • the outer electrode 3 is formed in the region of the inlet opening 8 and the outlet opening 9 such that the inlet opening 8 and the outlet opening 9 are each formed as a longitudinal slot 16.
  • These longitudinal slots 16 in this case extend in the longitudinal direction ⁇ 17 of the measurement space over its length 15.
  • the longitudinal direction 17 is right here correspond to a longitudinal axis 18 of the coaxial On ⁇ construction of the electrical measuring arrangement. 1
  • the longitudinal slots 16 radial Boh ⁇ ments, for example, instead of each longitudinal slot 16, a series of holes formed.
  • the clear internal dimension 19, here a slot width of the longitudinal slots 16 is smaller than an inner diameter 20 of the measurement space ⁇ 4.
  • the measuring space 4 thus forms an extension behind the inlet opening 8 and a narrowing in front of the outlet opening 9.
  • the inside clear dimension 19 is even chosen so that it is smaller than a diameter 21 of the inner electrode 2.
  • the inner electrode 2 is a flow obstruction in the connection between the inlet opening 8 and the outlet opening 9, which causes a deflection of the flowing liquid.
  • the inlet opening 8 and the outlet opening 9 are opposite with respect to the longitudinal axis 18 to each other is diametrically ⁇ arranged so that the inlet opening 8 and the outlet opening 9 open to each other opposite sides of the outer electrode 8 radially outwards.
  • the inlet opening and the outlet opening 9 are aligned with each other, wherein the inner electrode 3 is arranged therebetween.
  • the annular measuring chamber 4 forms on both sides of the inner electrode 2 in cross section in each case a semicircular or semi-annular measuring gap with a gap width 25.
  • the gap width 25 of the two measuring gaps 24 is dimensioned that the sum of the two gap widths 25 is smaller than the clear inner dimension 19 of the longitudinal slot 16.
  • the inner electrode 3 can be arranged so that it covers the Zu ⁇ running opening 8 and the drain opening 9 inside in the circumferential direction 25. This has the result that a liquid flows, for example through the inlet opening 8 is completely deflected in the measuring space ⁇ . 4
  • the measuring space 4 has the basic shape of a hollow cylinder. This results in an annular measuring space in cross section.
  • the inlet opening 8 and the outlet opening 9 each form a channel 27 which is formed laterally closed along its channel length 28.
  • the channel 27 has a metal wall formed by the outer electrode 3.
  • the channel length ⁇ 28 is in this case chosen such that it is greater than the gap width 25 of each ⁇ measuring gap 24, and even greater than the sum of the gap widths 25th
  • This channel 27 causes a shield to the outside, which largely prevents the leakage of stray fields from the measuring space 4.
  • the outer electrode 3 is arranged in a housing 29, wel ⁇ Ches is encapsulated to the outside.
  • the housing 29 thus keeps flues ⁇ ing into its housing inside, without the liquid leakage.
  • the housing 29 has an inlet connection 30, which corresponds in its position and function to the inlet opening 8. Liquid flowing in via the feed connection 30 is thus fed to the feed opening 8.
  • the housing 29 further has a drain port 31, which corresponds in the same way to the drain opening 9. Liquid exiting from the drain opening 9 is thus collected in the drain connection 31 and directed outwards.
  • the inlet port 30 is offset to a straight end 7 to the drain port 31 at the other axial end 6 is arranged ⁇ . This results in a flow pattern with transversal or radial components and longitudinal or axial components.
  • the outer electrode 3 is in this case formed at a distance from the housing 29, so that electrical insulation is achieved to the likewise made of stainless steel housing 29.
  • the Strö ⁇ mung barriers 32 are formed as longitudinal ribs 33 in the embodiment extending in a longitudinal direction 17 and each disposed between two adjacent material depressions 14 are arranged. In one of the longitudinal ribs 33 is also a temperature sensor
  • This temperature sensor 34 is at a corresponding receptacle
  • an electric measuring arrangement 1 is thus proposed of invention according to an internal electrode 2 and a participatedelekt ⁇ rode 3, which form a measuring chamber 4 to a capacitive examination of a flowing past liquid to form a food grade stainless steel wherein the inner electrode 2 at its axial end 6, 7 is supported on the outer electrode 3 via insulating elements 10, 11 which is made of a ceramic or plastic material which is machinable and / or has a temperature-independent permittivity in a working region and / or is non-porous and / or non-absorbent, are made.

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Abstract

Bei einer elektrischen Messanordnung (1) wird somit erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Innenelektrode (2) und eine Außenelektrode (3), welche zwischen sich einen Messraum (4) zu einer kapazitiven Untersuchung einer vorbeiströmenden Flüssigkeit bilden, aus einem lebensmittelechten Edelstahl zu bilden, wobei die Innenelektrode (2) an ihrem axialen Ende (6, 7) an der Außenelektrode (3) über Isolierelemente (10, 11) abgestützt ist, die aus einem Keramik- oder Kunststoffmaterial, welches spanbearbeitbar ist und/oder eine in einem Arbeitsbereich temperaturunabhängigen Permittivität aufweist und/oder porenfrei und/oder nicht Wasser aufnehmend ist, gefertigt sind.

Description

Elektrische Messanordnung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Messanordnung zur kapa¬ zitiven Vermessung einer Flüssigkeit mit einer Innenelektrode, die konzentrisch zu einer sie umgebenden Außenelektrode ange¬ ordnet ist, so dass zwischen der Innenelektrode und der Außen- elektrode ein Messraum ausgebildet ist, wobei die Innenelektro¬ de an axialen Enden des Messraums an der Außenelektrode gehal¬ ten ist und wobei in der Außenelektrode eine ZulaufÖffnung zum Messraum und eine AblaufÖffnung aus dem Messraum ausgebildet sind .
Derartige elektrische Messanordnungen sind bekannt und werden beispielsweise dazu benutzt, eine Qualität eines Frittieröls oder Frittierfetts in einer Frittiervorrichtung oder Frittier- anlage zu überprüfen. Hierbei wird verwendet, dass sich die Elektrizitätskonstante von Frittieröl oder Frittierfett ändert, je länger das Frittieröl oder Frittierfett in Gebrauch ist. Die Elektrizitätskonstante hat hierbei Einfluss auf die Kapazität eines durch die Außenelektrode und die Innenelektrode gebilde¬ ten Kondensators, die sich elektrisch und/oder elektronisch er- mittein lässt.
Die konzentrische Anordnung von Außenelektrode und Innen¬ elektrode zueinander hat gegenüber den ebenfalls bekannten planaren Elektrodenanordnungen den Vorteil und kann bei- spielsweise dadurch charakterisiert werden, dass außerhalb des Messraums oder der Außenelektrode - mit Ausnahme von Randeffek¬ ten beispielsweise an Enden des Messraums in Bezug auf eine Längsachse der koaxialen Anordnung - praktisch kein Streufeld vorhanden ist, welche die empfindliche Kapazitätsmessung stören könnte .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Messanordnung mit verbesserten Gebrauchseigenschaften zu bil- den .
Erfindungsgemäß sind zur Lösung der Aufgabe bei einer elektri¬ schen Messanordnung die Merkmale von Anspruch 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe bei einer elektrischen Messanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Außenelektrode und die Innenelektrode aus Edelstahl gefertigt sind und dass die Innen¬ elektrode an den axialen Enden jeweils durch ein Isolierelement gehalten ist, wobei die Isolierelemente aus einem lebensmittel- echten Material gefertigt sind. Bevorzugt ist das Material eine Glaskeramik oder ein Kunststoff. Die Erfindung schlägt somit gegenüber den bekannten Messanordnungen eine Messanordnung mit vereinfachter Materialwahl vor, bei der lebensmittelrechtliche Vorgaben einfacher erfüllbar sind. Insbesondere hat die Erfin- dung erkannt, dass die Verwendung von Glaskeramik für Isolierelemente einerseits gute elektrische Isolationseigenschaften mit sich bringt und dass andererseits eine Beeinträchtigung o- der Verunreinigung der vorbeiströmenden Flüssigkeit, beispielsweise Frittieröl oder Frittierfett , vermeidbar oder sogar gänz- lieh ausschließbar ist. Somit sind die Gebrauchseigenschaften der Messanordung verbesserbar. Besonders günstig ist es, wenn das Material der Isolierelemente wenigstens ein Merkmal a) bis d) , vorzugsweise mehrere Merkmale a) bis d) , aus der folgenden Gruppe aufweist:
Die Isolierelemente sind
a) aus einem Material, dessen Permittivität über den Tem¬ peraturbereich von 20°C bis 200°C höchstens 30%, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5%, ganz besonders bevorzugt höchstens 2 %, variiert oder nahezu konstant ist, und/oder
b) aus einem porenfreien Material und/oder
c) aus einem Material, das kein Wasser aufnimmt, und/oder d) aus einer spanbearbeitbaren Material.
Die Verwendung von spanbearbeitbaren Glaskeramiken hat den Vorteil, dass Toleranzen in der Fertigung gering gehalten werden können, so dass ohne größeren Aufwand, beispielsweise durch ei¬ ne Schleifnachbearbeitung ein Einpassen und definiertes Aus- richten der Innenelektrode in der Außenelektrode erreichbar ist. Dies erleichtert die werkseitige Kalibrierung. Somit sind die Gebrauchseigenschaften verbessert. Die Isolierelemente sind somit bevorzugt drehbearbeitet. Die Eigenschaft, Wasser aufzu¬ nehmen, hat sich als ungünstiger Effekt für eine genaue Kapazi- tatsbestimmung erwiesen. Dies kann beispielsweise durch ein porenfreies Material erreichbar sind. Porenfreie Materialien kön¬ nen auch gute Eigenschaften bezüglich einer Drehbearbeitung aufweisen . Die Verwendung von Glaskeramik hat den weiteren Vorteil, dass eine gute zeitliche Konstanz der die Elektrizitätseigenschaften der Isolierelemente erreichbar ist. Dies bewirkt vorteilhaft, dass wiederkehrende Kalibrierungen der Messanordnung vermeidbar sind. Auch dies verbessert die Gebrauchseigenschaften.
Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Messraum die Innenelektrode in einer Umfangsrichtung umschließt oder auf einen abgeschlossenen Umfangsabschnitt oder mehrere abgeschlos¬ sene Umfangsabschnitte begrenzt ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Edelstahl lebensmittelecht ist. Somit sind zusätzliche Beschichtungen beispielsweise zum lebensmittelechten Durchlei- ten eines Frittieröls oder Frittierfetts , welches der erneuten Verwendung bei einer Speisenzubereitung zugeführt werden soll, verzichtbar. Besonders günstig ist hierbei die Verwendung von Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4404 beziehungsweise AISI 316L. Dies ist beispielsweise erreichbar durch Verwendung eines Edelstahls mit dem Kurznamen X2CrNiMol7-12-2.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Isolierelemente eine Glasmatrix mit Glimmerkristallen aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Ma¬ terialwahl besonders günstig ist, um das Eindringen von Flüs¬ sigkeiten in das Isolierelement, welches eine Veränderung die Elektrizitätseigenschaften über den Zeitverlauf zur Folge hätte, zu vermeiden. Es lassen sich so kompakte Isolierelemente bereitstellen, die mittels Spanbearbeitung, insbesondere durch Drehen beispielsweise aus Stangenmaterial, fertigbar sind.
Besonders günstig hat sich hierbei die Verwendung einer Boro- silikatglas-Matrix erwiesen. Isolierelemente mit 55 % Flourophlogopitglimmer und/oder 45 % Borosilikatglas haben besonders gute mechanische Bearbeitungseigenschaften.
Derartige spanbearbeitbare Glaskeramiken bietet beispielsweise die Firma Schröder Spezialglas GmbH, Buchenweg 20 in 25479 El- lerau unter der Bezeichnung „MACOR" an.
Diese Materialien können beispielsweise charakterisiert werden durch eine chemische Zusammensetzung mit 46 % Siliziumoxid, 17 % Magnesiumoxid, 16 % Aluminiumoxid, 10 % Kaliumoxid, 7 % Boroxid und 4 % Fluor.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Isolierelemente porenfrei ausgebildet sind. Dies ist beispielsweise durch die beschriebenen Isolierelemente mit ei¬ ner Glasmatrix mit Glimmerkristallen erreichbar. Die Porenfreiheit bewirkt, dass der Wirkstoff der Isolierelemente be¬ sonders dicht ist und somit Wassereinlagerungen im Gebrauch der Messanordnung vermeidbar sind. Dies erhöht die zeitliche Stabi¬ lität der Messanordnung und vermeidet aufwendige nachfolgende Kalibrierschritte .
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Isolierelemente als Drehteile gefertigt sind. Die Fer¬ tigung als Drehteil hat den Vorteil, dass die Isolierelemente ohne weitere Nachbearbeitung in zylindrische oder kreisförmige Aufbauten einsetzbar sind. Durch die Möglichkeit einer Drehbearbeitung lassen sich die Durchmesser so genau aufeinander ab- stimmen, dass auf einfache Weise eine definierte Ausrichtung der Innenelektrode in Bezug auf die Außenelektrode erreichbar ist. Dies ist notwendig dafür, dass die Kapazität des zwischen Innenelektrode und Außenelektrode gebildeten Kondensators mög¬ lichst genau mathematisch modellierbar ist. Diese mathematische Modellierung hat den Vorteil, dass auch eine Erfassung von Temperatureinflüssen auf die Kapazität des Kondensators, bei¬ spielsweise durch thermische Ausdehnung, einfach abbildbar ist.
Besonders zur Verwendung in der Lebensmittelindustrie ist es günstig, wenn zwischen der Innenelektrode und wenigstens einem der Isolierelemente wenigstens eine Dichtung aus einem lebens¬ mittelechten Dichtungsmaterial angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zwischen wenigstens einem der Isolierelemente beispielsweise dem bereits erwähnten we- nigstens einem Isolierelement, und der Außenelektrode wenigs¬ tens eine Dichtung aus einem lebensmittelechten Dichtungsmaterial angeordnet ist. Die Verwendung von lebensmittelechten Materialien zur Abdichtung hat den Vorteil, dass keine weiteren Schutzmaßnahmen zum Schutz der durchgeleiteten Flüssigkeit vor Verunreinigung erforderlich sind.
Allgemein ist es von Vorteil, wenn die Messanordnung nur die Materialien Edelstahl und Glaskeramik, insbesondere jeweils wie zuvor beschrieben, und gegebenenfalls lebensmittelechtes Dich¬ tungsmaterial aufweist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Außenelektrode außenseitig wenigstens eine Material¬ rücknahme aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass bei unverän¬ derter maximaler Außenabmessung der Außenelektrode und bei unveränderter Formgebung zum Messraum eine Verringerung des Materialeinsatzes für die Außenelektrode erreichbar ist. Diese Ver- ringerung des Materialeinsatzes hat insbesondere eine Verringe¬ rung einer Wärmekapazität der Außenelektrode zur Folge. Somit kann die Außenelektrode schneller Temperaturänderungen in der durchgeleiteten Flüssigkeit nachvollziehen. Insbesondere dann, wenn die Außenelektrode temperaturüberwacht wird, beispielswei- se durch einen in einer Aufnahme in der Außenelektrode angeord¬ neten Temperatursensor, ist somit eine genauere Berücksichti¬ gung des Temperaturverhaltens der Messanordnung erreichbar. Besonders günstig ist es, wenn die Materialrücknahme benachbart zu der ZulaufÖffnung und/oder der AblaufÖffnung ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die ZulaufÖffnung und/oder die AblaufÖffnung das maximale Außenmaß der Außenelektrode nutzen kann/können, so dass jeweils ein Kanal für die Flüssigkeit mit einer möglichst großen Kanallänge bildbar ist. Es derartiger Kanal bildet eine gute Abschirmung nach außen, durch die ein Streufeld aus dem Messraum vermindert oder sogar nahezu voll¬ ständig vermeidbar ist.
Alternativ oder zusätzlich kann hierbei vorgesehen sein, dass die Materialrücknahme über eine Länge des Messraums ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine Außenelektrode mit möglichst gleich¬ bleibender Querschnittsgrundform entlang der Länge des Messraums, also beispielsweise entlang einer Längsachse der koaxia- len Anordnung von Außenelektrode und Innenelektrode.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einer Ausbildung von möglicherweise eigenständiger erfinderischer Qualität alternativ oder zusätzlich die Merkmale des zweiten unabhängigen Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit er¬ findungsgemäß bei einer elektrischen Messanordnung der eingangs beschriebenen Art alternativ oder zusätzlich zu dem voranstehend Beschriebenen vorgeschlagen, dass die ZulaufÖffnung und die AblaufÖffnung jeweils radial geöffnet ausgebildet sind und dass ein lichtes Innenmaß der ZulaufÖffnung und der Ablauföff¬ nung quer zu der Längsrichtung kleiner als ein Innendurchmesser des Messraums ist. Somit sind Zu- bzw. AblaufÖffnungen mit ver¬ gleichsweise kleiner Öffnungsbreite, gegeben durch das lichte Innenmaß, ausgebildet, durch die nur wenig Streufeld des Kon- densators, der von der Außenelektrode und der Innenelektrode gebildet ist, nach außen dringt. Bevorzugt ist das lichte In¬ nenmaß sogar kleiner als ein Durchmesser der Innenelektrode. Somit sind die Öffnungen in einem Vergleich zu einer Geometrie des Messraumes klein dimensionierbar. Ein Anteil des elektri- sehen Feldes im Messraum, der durch die Öffnungen nach außen dringen kann, kann somit besonders klein gehalten werden. Eine Kapazitätsmessung ist somit praktisch unbeeinflusst von Änderungen außerhalb der Außenelektrode durchführbar. Somit sind die Gebrauchseigenschaften der Messanordung verbesserbar. Es ist somit ein Faradayscher Käfig ausbildbar.
Die Erfindung erreicht somit eine Durchströmung des Messraumes, deren Geschwindigkeitsvektor eine nichtverschwindende radiale oder - in Bezug auf eine Längserstreckung oder eine Achse der koaxialen Anordnung - transversale Komponente aufweist, bedingt durch die radiale Ausrichtung der ZulaufÖffnung und der Ablauföffnung, während die Verwendung von spanbearbeitbaren Glaskera- miken für eine einfache, definierte Ausrichtung der Innenelekt¬ rode in Bezug auf eine Lage der Längsschlitze nutzbar ist. Dies hat sich als ein besonders wirksames Mittel herausgestellt, ein Zusetzen des Messraums durch Partikel oder feste Bestandteile in der Flüssigkeit zu vermeiden. Es ist somit vermeidbar, die Messanordnung zu einer Reinigung zu häufig auseinanderbauen zu müssen. Dies hat sich als Vorteil herausgestellt, da die emp¬ findliche Kapazitätsmessung aufgrund ihrer hochgradigen Abhängigkeit von einer Geometrie der Messanordnung eine erneute Ka¬ librierung der Messanordnung nach jeder Demontage erfordert.
Besonders vorteilhaft ist eine Kombination dieser erfindungs¬ gemäßen Merkmale mit der vorangehend besprochenen Lösung oder mit deren vorteilhaften Ausgestaltungen. So ergibt sich beispielsweise durch die Ausbildung der Außenelektrode aus (mas- sivem) Edelstahl eine besonders gute Abschirmwirkung an der Zulauföffnung und der AblaufÖffnung, während die Verwendung von spanbearbeitbaren Glaskeramiken für eine einfache, definierte Ausrichtung der Innenelektrode in Bezug auf eine Lage der Längsschlitze nutzbar ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ZulaufÖffnung und die AblaufÖffnung jeweils als ein radial geöffneter Längsschlitz, der jeweils entlang einer Längsrichtung der Außenelektrode verläuft, ausgebildet ist/sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das lichte Innen¬ maß eine Schlitzbreite ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die ZulaufÖffnung und/oder die AblaufÖffnung als wenigstens eine Bohrung ausgebildet ist/sind. Dies lässt sich besonders einfach fertigen. Es kann auch jeweils eine Folge von Bohrungen, die sich in der Längsrichtung erstrecken kann, gebildet sein. Es ist somit eine Lochreihe ausbildbar, um einen möglichst homogenen Zylinderkondensator zu realisieren und um zusätzlich die Kosten (Bohren anstatt Fräsen) zu minimieren. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die ZulaufÖffnung über wenigstens die Hälfte einer Länge des Messraums erstreckt. Somit ist der Messraum über ei¬ nen großen Teil seiner Ersteckung spülbar. Das Festsetzen von Speiseresten und dergleichen ist somit wirksam verhinderbar. Bevorzugt erstreckt sich die AblaufÖffnung über wenigstens drei Viertel der Länge oder sogar über die Länge des Messraums. Es sind somit auch Bereiche, in denen die Flüssigkeit still steht und nicht weggespült wird, etwa in Hinterschneidungen, vermeid¬ bar. Derartige still stehende Flüssigkeitsanteile können das Messergebnis verfälschen, wenn sich die (übrige) strömende Flüssigkeit verändert. Es sind somit Toträume, zu denen sich im Messraum Luftblasen sammeln könnten, vermeidbar.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sich die AblaufÖffnung über wenigstens die Hälfte einer Länge des Mess¬ raums erstreckt. Von Vorteil ist dabei, dass eine weiträumige Entleerung des Messraums erreichbar ist. Ablagerungen, die das Messergebnis verfälschen könnten, sind somit vermeidbar. Bevorzugt erstreckt sich die AblaufÖffnung über wenigstens drei Viertel der Länge oder sogar über die Länge des Messraums. Dies ist besonders günstig für eine rückstandsfreie oder zumindest rückstandsarme Entleerung des Messraums. Allgemein kann gesagt werden, dass es umso günstiger für eine Vermeidung von Rückständen im Messraum ist, wenn die Zulauföffnung und die AblaufÖffnung möglichst lang gesteckt ausge¬ bildet sind. Hier ist die Länge des Messraums eine natürliche Grenze. Gleichzeitig ist es von Vorteil, wenn die ZulaufÖffnung und die AblaufÖffnung ein möglichst geringes lichtes Innenmaß, insbesondere eine besonders geringe Schlitzbreite, aufweisen, um möglichst wenig Streufeld zu erzeugen. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ZulaufÖffnung und die AblaufÖffnung an einander gegenüber liegenden Seiten der Außenelektrode angeordnet sind. Es ist somit beispielsweise erreichbar, dass die ZulaufÖffnung und die AblaufÖffnung einander diametral - in Bezug auf eine Längs- achse der koaxialen Anordnung - entgegengesetzt angeordnet sind und dass die ZulaufÖffnung und die AblaufÖffnung zueinander fluchtend ausgerichtet sind. Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Innenelektrode zwischen der ZulaufÖffnung und der Ablauföffnung angeordnet ist. Dies bewirkt vorteilhaft, dass die strömende Flüssigkeit gezwungen ist, die Innenelektrode zu um¬ spülen. Dies hilft, die beschriebenen Ablagerungen und still stehenden Anteile der Flüssigkeit zu vermeiden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Messraum beidseits der Innenelektrode einen Messspalt mit einer Spaltbreite definiert. Durch die Ausbildung eines schmalen Messspaltes ist ein entsprechend hoher Kapazitätswert zwischen den Elektroden erreichbar, mit dem geringfügige Änderungen im zeitlichen Verlauf der elektrischen Permittivität der Flüssigkeit erfassbar sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Summe der Spaltbreiten kleiner als die Schlitzbreite oder das lichte Innenmaß der ZulaufÖffnung und/oder der AblaufÖff¬ nung ist. Somit ist einfach erreichbar, dass die Flüssigkeit in dem Messraum schnell strömt, wodurch still stehenden Flüssigkeitsanteile, die direkt oder indirekt Messwertverfäl¬ schungen verursachen könnten, vermeidbar sind. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Innenelektrode die ZulaufÖffnung innenseitig in Um- fangsrichtung überdeckt. Somit kann eine Richtungsänderung bei einer Strömung der Flüssigkeit bei einem Eintritt in den Mess¬ raum erzwungen werden. Eine gute Spülung des Messraums ist so- mit erreichbar.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Innenelektrode die AblaufÖffnung innenseitig in Umfangsrichtung überdeckt. Somit ist alternativ oder zusätzlich eine Richtungs- änderungen in einer Strömung, beispielsweise der bereits erwähnten Strömung, bei einem Austritt aus dem Messraum erzwingbar, was vorteilhaft für eine gute Spülung des Messraums ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ZulaufÖffnung einen Kanal bildet, dessen Kanallänge größer als eine Spaltbreite eines Messspaltes, beispielsweise des bereits erwähnten Messspaltes, zwischen der Außenelektrode und der Innenelektrode ist. Bevorzugt ist der Kanal seitlich geschlossenen, also mit einer durch die Außenelektrode gebil- dete oder mit dieser verbundene Metallwand abgegrenzt. Hier¬ durch ist eine gute Abschirmung zwischen dem Messraum und einer Außenumgebung erreichbar.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Ab- lauföffnung einen vorzugsweise seitlich geschlossenen Kanal bildet, dessen Kanallänge größer als die oder eine Spaltbreite eines Messpaltes, beispielsweise des bereits erwähnten Messpal- tes, zwischen der Außenelektrode und der Innenelektrode ist. Somit ist auch die AblaufÖffnung mit einer guten Abschirmung des Messraumes ausbildbar. Hochfrequente Kapazitätsmessungen im Messraum sind somit störungsarm oder sogar - beispielsweise bei einer Ausbildung der ZulaufÖffnung und der AblaufÖffnung je- weils als ein Kanal in der beschriebenen Weise - störungsfrei durchführbar .
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Messraum eine Grundform eines Hohlzylinders hat. Es ist somit ein gekrümmt verlaufender Strömungsweg in dem Mess¬ raum ausbildbar. Dies hat sich als günstig herausgestellt, um eine kontinuierliche und möglichst vollständige Spülung des Messraums zu erreichen. Die hohlzylindrische Grundform, die durch konstruktive Ausgestaltungen ergänzt oder abgeändert sein kann, bewirkt zudem eine beidseitige Umspülung der Innenelekt¬ rode, was sich wieder als günstig für eine Erhöhung einer Mess¬ genauigkeit herausstellen kann.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Außenelektrode in einem gekapselten Gehäuse angeordnet ist. Somit ist die Außenelektrode vor mechanischen Bean¬ spruchungen schützbar. Eine ungewollte elektrische Kontak- tierung der Außenelektrode ist somit vermeidbar. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Gehäuse, beispielsweise das bereits erwähnte Gehäuse, einen zu der ZulaufÖffnung korrespondierenden Zulaufanschluss und einen zu der AblaufÖffnung korrespondierenden Ablaufan- schluss hat. Von Vorteil ist dabei, dass ein definiertes Strö- mungsverhalten erreichbar ist. Von Vorteil ist weiter, dass die Messanordnung leicht in ein Kreislaufsystem integrierbar ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Zulaufanschluss und der Ablaufanschluss zueinander in Längsrichtung versetzt angeordnet sind. Es ist somit eine möglichst vollständige Durchströmung des Messraums erreichbar, um beispielsweise Ablagerungen zu verhindern. Eine Demontage, die immer eine unerwünschte Kalib¬ rierung nach sich zieht, zu einer Reinigung ist somit in vielen Fällen vermeidbar. Eine einfache Ausbildung der versetzten Anordnung kann dadurch erreicht werden, dass der Zulaufanschluss und der Ablaufanschluss an einander entgegengesetzten Enden des Messraums angeordnet sind. Dies kann verwendet werden, um Tot¬ volumina, in denen sich still stehende Flüssigkeitsanteile an- sammeln können, zu vermeiden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein dass sich die ZulaufÖffnung in Längsrichtung höchstens über einen von dem Zulaufanschluss eingenommenen Bereich erstreckt. Es kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass sich die AblaufÖffnung in Längsrichtung höchstens über einen von dem Ablaufanschluss eingenommenen Bereich erstreckt. Es sind somit möglichst kleine Öffnungen bildbar, die eine Strömung der Flüssigkeit nicht einengen und behindern. Die Längsschlitze können somit auf den Zu- und Ablaufbereich begrenzt sein: Dies hat die Vorteile, dass
a) ein kleinerer Schlitz eine größere Signalstärke des Mess¬ systems erzeugt, dadurch das Signal-/Rauschverhältnis (S/R) verbessert wird, d.h. Störgrößen weniger ins Gewicht fallen, b) weniger Zerspanungszeit beim Fräsen der Schlitze erforderlich ist, und somit die Herstellkosten sinken.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Außenelektrode beabstandet zu dem oder einem Gehäuse angeordnet ist. Somit ist eine elektrische Isolation der Au¬ ßenelektrode ohne zusätzliche Isolationselemente erreichbar.
Besonders günstig ist es hierbei, wenn an der Außenelektrode außenseitig wenigstens ein Strömungshindernis ausgebildet ist. Somit ist ein außenseitiges Vorbeiströmen von Flüssigkeit an der Außenelektrode in dem Zwischenraum zwischen der Außenelektrode und dem Gehäuse vermeidbar oder zumindest reduzierbar. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass an der Außenelektrode wenigstens eine Aufnahme für einen Temperatur¬ sensor ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel be¬ schränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kom¬ bination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen des Ausführungsbeispiels.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Messanordnung in einer dreidimensionalen Schrägansicht mit in Längsrichtung aufgeschnittenem Gehäuse,
Fig. 2 die Messanordnung aus Fig. 1 in einem Längsschnitt mit entferntem Gehäuse,
Fig. 3 die Messanordnung aus Fig. 1 in einem Querschnitt durch den Zulaufanschluss in einer Schrägansicht in Richtung des freien Endes der Außenelektrode,
Fig. 4 die Messanordnung aus Fig. 1 in einem Querschnitt gemäß Fig. 3 in einer Ansicht in Längsrichtung,
Fig. 5 die Messanordnung aus Fig. 1 in einer dreidimensionalen Schrägansicht auf die Schnittebene gemäß Fig. 3 in Richtung des Elektronikendes der Außenelektrode,
Fig. 6 die Messanordnung aus Fig. 1 in einer dreidimensionalen Schrägansicht auf einen Längsschnitt analog zu
Fig. 2 und
Fig. 7 die Messanordnung aus Fig. 1 mit der Schnittdarstellung gemäß Fig. 6 in einer Frontalansicht. Die Figuren werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
Eine elektrische Messanordnung 1 ist in an sich bekannter Weise zur kapazitiven Vermessung einer Flüssigkeit eingerichtet. Hierzu hat die Messanordnung 1 eine Innenelektrode 2 und eine Außenelektrode 3. Die Außenelektrode 3 umschließt die Innene¬ lektrode 2 nach außen. Die Innenelektrode 2 ist konzentrisch oder koaxial zu der Außenelektrode 3 angeordnet.
Zwischen der Innenelektrode 2 und der Außenelektrode 3 ist ein Messraum 4 ausgebildet.
Die Innenelektrode 2 ist an axialen Enden 6, 7 des Messraums 4 an der Außenelektrode 3 gehalten. In der Außenelektrode 3 ist eine ZulaufÖffnung 8 zum Messraum 4 ausgebildet .
An der Außenelektrode 3 ist außerdem eine AblaufÖffnung 9 aus dem Messraum 4 ausgebildet.
Die Außenelektrode 3 und die Innenelektrode 2 sind hierbei aus Edelstahl gefertigt. Die Innenelektrode 2 ist an den axialen Enden 6, 7 jeweils durch ein Isolierelement 10, 11 gehalten.
Die Isolierelemente 10, 11 sind jeweils aus einer spanbear- beitbaren Glaskeramik gefertigt.
Sowohl die Außenelektrode 3 als auch die Innenelektrode 2 sind aus lebensmittelechtem Edelstahl gefertigt. Hier weist der Stahl eine Werkstoffnummer Nr. 1.4404 beziehungsweise AISI 316 L auf und ist unter dem Kurznamen X2CrNiMo 17-12-2 bekannt.
Die Glaskeramik der Isolierelemente 10, 11 weist eine Glas¬ matrix, hier eine Borosilikatglas-Matrix, mit Glimmerkristallen auf. Hierbei wurde eine Zusammensetzung von 55 % Fluorophlogo- pit-Glimmer und 45 % Borosilikatglas gewählt. Es ergibt sich insgesamt somit eine chemische Zusammensetzung mit 46 % Silizi¬ umoxid, 17 % Magnesiumoxid, 16 % Aluminiumoxid, 10 % Kalimoxid, 7 % Boroxid und 4 % Fluor. Diese Materialwahl bewirkt, dass die Glaskeramik im Wesent¬ lichen porenfrei ist und somit kein Wasser aufnehmen kann. Die Wasseraufnahme ist bei anderen Werkstoffen ein Problem, da hierdurch die Permittivität der Isolierelemente 10, 11 verän¬ dert wird. Dies beeinflusst die Kapazitätsmessung in un- günstiger Weise.
Die Glaskeramik der beschriebenen Art hat den Vorteil, dass die Permittivität über einen großen Temperaturbereich, mindestens zwischen 20°C und 200°C, nur unwesentlich, also höchstens in- nerhalb der Messgenauigkeit für die beschriebene Kapazitäts¬ messung oder sogar die Permittivitätsmessung, variiert und somit als konstant angesehen werden kann. An einem axialen Ende 6 ist die Messanordnung 1 freistehend ausgebildet. An dem anderen axialen Ende 7 schließt sich ein Elektronikbereich 12 an. Der Messraum 4 ist gegen diesen Elektronikbereich 12 mittels Dichtungen 13 abgedichtet.
Die Isolierelemente 10, 11 sind jeweils als runde Drehteile ge¬ fertigt und in die Außenelektrode 3 an den axialen Enden 6, 7 eingepasst. Durch diese Passung ist eine definierte, mittige oder zentrale Ausrichtung der Innenelektrode 2 relativ zu der Außenelektrode 3 erreicht, die zu dem beschriebenen koaxialen oder konzentrischen Aufbau der elektrischen Messanordnung 1 führt .
Die Dichtungen 13 sind aus lebensmittelechtem Dichtungsma- terial, beispielsweise lebensmittelechtem Gummi oder lebens¬ mittelechten Elastomeren, ausgebildet. Jede der Dichtungen 13 weist die Form eines O-Ringes auf.
Von außen sind in die Außenelektrode 3 Materialrücknahmen 14 eingebracht, die sich über die Länge 15 des Messraumes 4 er¬ strecken. Diese Materialrücknahmen 14 sind in das Material der Außenelektrode 3 nach deren Drehbearbeitung eingefräst.
Die Materialrücknahmen 14 sind jeweils beidseits der Zulauf- Öffnung 8 und der AblaufÖffnung 9 angeordnet.
Die Außenelektrode 3 ist im Bereich der ZulaufÖffnung 8 und der AblaufÖffnung 9 derart ausgeformt, dass die ZulaufÖffnung 8 und die AblaufÖffnung 9 jeweils als ein Längsschlitz 16 ausgebildet ist. Diese Längsschlitze 16 erstrecken sich hierbei in Längs¬ richtung 17 des Messraums über dessen Länge 15. Die Längsrichtung 17 stimmt hier mit einer Längsachse 18 des koaxialen Auf¬ baus der elektrischen Messanordnung 1 überein. Bei anderen Aus- führungsbeispielen sind statt der Längsschlitze 16 radiale Boh¬ rungen, beispielsweise statt jedes Längsschlitzes 16 eine Reihe von Bohrungen, ausgebildet. In Fig. 4 ist erkennbar, dass das lichte Innenmaß 19, hier eine Schlitzbreite, der Längsschlitze 16 kleiner ist als ein Innen¬ durchmesser 20 des Messraums 4.
Der Messraum 4 bildet somit eine Erweiterung hinter der Zu- laufÖffnung 8 und eine Verengung vor der AblaufÖffnung 9.
Das lichte Innenmaß 19 ist sogar so gewählt, dass sie kleiner ist als ein Durchmesser 21 der Innenelektrode 2. Somit stellt die Innenelektrode 2 ein Strömungshindernis in der Verbindung zwischen der ZulaufÖffnung 8 und der AblaufÖffnung 9 dar, welches eine Umlenkung der strömenden Flüssigkeit bewirkt.
Die ZulaufÖffnung 8 und die AblaufÖffnung 9 sind in Bezug auf die Längsachse 18 diametral aneinander entgegengesetzt ange¬ ordnet, so dass die ZulaufÖffnung 8 und die AblaufÖffnung 9 aneinander gegenüberliegenden Seiten der Außenelektrode 8 radial nach außen münden. Die ZulaufÖffnung und die AblaufÖffnung 9 sind zueinander fluchtend ausgerichtet, wobei die Innenelektrode 3 dazwischen angeordnet ist.
Der ringförmige Messraum 4 bildet beidseits der Innenelektrode 2 im Querschnitt jeweils einen halbkreisförmigen oder halbringförmigen Messspalt mit einer Spaltbreite 25.
Die Spaltbreite 25 der beiden Messspalte 24 ist so bemessen, dass die Summe der beiden Spaltbreiten 25 kleiner als das lichte Innenmaß 19 des Längsschlitzes 16 ist.
Durch die Gestaltung des Durchmessers 21 der Innenelektrode und die Wahl der lichten Innenmaße 19 der Längsschlitze 16 kann die Innenelektrode 3 so angeordnet werden, dass sie die Zu¬ lauföffnung 8 und die AblaufÖffnung 9 innenseitig in Umfangs- richtung 25 überdeckt. Dies hat zur Folge, dass eine Flüssigkeit, die beispielsweise durch die ZulaufÖffnung 8 einströmt, vollständig in den Mess¬ raum 4 umgelenkt wird.
Aus den Schnittdarstellungen ist ersichtlich, dass der Messraum 4 die Grundform eines Hohlzylinders hat. Somit ergibt sich im Querschnitt ein ringförmiger Messraum.
Die ZulaufÖffnung 8 und die AblaufÖffnung 9 bilden jeweils einen Kanal 27, der entlang seiner Kanallänge 28 seitlich ge- schlössen ausgebildet ist. Der Kanal 27 weist eine Metallwand auf, die durch die Außenelektrode 3 gebildet ist. Die Kanal¬ länge 28 ist hierbei so gewählt, dass sie größer als die Spalt¬ breite 25 jedes Messspalts 24 und sogar größer als die Summe dieser Spaltbreiten 25 ist.
Dieser Kanal 27 bewirkt eine Abschirmung nach außen, die den Austritt von Streufeldern aus dem Messraum 4 weitestgehend verhindert . Die Außenelektrode 3 ist in einem Gehäuse 29 angeordnet, wel¬ ches nach außen gekapselt ist. Das Gehäuse 29 hält somit Flüs¬ sigkeit in seinem Gehäuseinneren, ohne dass diese Flüssigkeit austritt . Hierbei weist das Gehäuse 29 einen Zulaufanschluss 30 auf, der in seiner Lage und Funktion zu der ZulaufÖffnung 8 korrespondiert. Über den Zulaufanschluss 30 einströmende Flüssigkeit wird somit der ZulaufÖffnung 8 zugeführt.
Das Gehäuse 29 weist ferner einen Ablaufanschluss 31 auf, der in gleicher Weise zu der AblaufÖffnung 9 korrespondiert. Aus der AblaufÖffnung 9 austretende Flüssigkeit wird somit in den Ablaufanschluss 31 aufgefangen und nach außen geleitet.
Der Zulaufanschluss 30 ist an einem geraden Ende 7 versetzt zu dem Ablaufanschluss 31 an dem anderen axialen Ende 6 ange¬ ordnet. Es ergibt sich somit ein Strömungsverlauf mit trans- versalen oder radialen Komponenten und longitudinalen oder axialen Komponenten.
Die Außenelektrode 3 ist hierbei beabstandet zu dem Gehäuse 29 ausgebildet, so dass eine elektrische Isolation zu dem eben- falls aus Edelstahl gefertigten Gehäuse 29 erreicht ist.
Hieraus ergibt sich, dass ein gewisser Teil der strömenden Flüssigkeit auch außen an der Außenelektrode 3 vorbeiströmen kann .
Um diesen Anteil möglichst gering zu halten, sind an der Außenelektrode 3 außenseitig Strömungshindernisse 32 ausgebildet, welche ein Vorbeiströmen der Flüssigkeit verhindern. Es ist ersichtlich, dass im Ausführungsbeispiel die Strö¬ mungshindernisse 32 als Längsrippen 33 gebildet sind, die sich in Längsrichtung 17 erstrecken und die jeweils zwischen zwei benachbarten Materialrücknahmen 14 angeordnet sind. In einer der Längsrippen 33 ist außerdem ein Temperatursensor
34 angeordnet, mit welchem die Temperatur einer Außenelektrode 3 erfassbar ist.
Dieser Temperatursensor 34 ist an einer entsprechenden Aufnahme
35 in Form eines Sacklochs in der Längsrippe 30 angeordnet.
Bei einer elektrischen Messanordnung 1 wird somit erfindungs- gemäß vorgeschlagen, eine Innenelektrode 2 und eine Außenelekt¬ rode 3, welche einen Messraum 4 zu einer kapazitiven Untersuchung einer vorbeiströmenden Flüssigkeit bilden, aus einem lebensmittelechten Edelstahl zu bilden, wobei die Innenelektrode 2 an ihrem axialen Ende 6, 7 an der Außenelektrode 3 über Iso- lierelemente 10, 11 abgestützt ist, die aus einem Keramik- oder Kunststoffmaterial , welches spanbearbeitbar ist und/oder eine in einem Arbeitsbereich temperaturunabhängigen Permittivität aufweist und/oder porenfrei und/oder nicht Wasser aufnehmend ist, gefertigt sind.
Bezugszeichenliste
1 elektrische Messanordnung
2 Innenelektrode
3 Außenelektrode
4 Messraum
6 axiales Ende
7 axiales Ende
8 ZulaufÖffnung
9 AblaufÖffnung
10 Isolierelement
11 Isolierelement
12 Elektronikbereich
13 Dichtung
14 Materialrücknahme
15 Länge
16 Längsschlitz
17 Längsrichtung
18 Längsachse
19 lichtes Innenmaß
20 Innendurchmesser
21 Durchmesser
22 Seite
23 Seite
24 Messspalt
25 Spaltbreite
27 Kanal
28 Kanallänge
29 Gehäuse
30 Zulaufanschluss
31 Ablaufanschluss
32 Strömungshindernis Längsrippen Temperatursensor Aufnahme

Claims

Ansprüche
Elektrische Messanordnung (1) zur kapazitiven Vermessung einer Flüssigkeit, mit einer Innenelektrode (2), die kon¬ zentrisch zu einer sie umgebenden Außenelektrode (3) ange¬ ordnet ist, so dass zwischen der Innenelektrode (2) und der Außenelektrode (3) ein Messraum (4) ausgebildet ist, wobei die Innenelektrode (2) an axialen Enden des Mess¬ raums (4) an der Außenelektrode (3) gehalten ist und wobei in der Außenelektrode (3) mindestens eine ZulaufÖffnung (8) zum Messraum (4) und mindestens eine AblaufÖffnung (9) aus dem Messraum (4) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektrode (3) und die Innen¬ elektrode (2) aus Edelstahl gefertigt sind und dass die Innenelektrode (2) an den axialen Enden (6, 7) jeweils durch ein Isolierelement (10, 11) gehalten ist, wobei die Isolierelemente (10, 11) aus einem lebensmittelechten Ma¬ terial, insbesondere Glaskeramik oder Kunststoff, insbe¬ sondere
a) aus einem Material, dessen Permittivität über den Temperaturbereich von 20°C bis 200°C höchstens 30%, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchs¬ tens 5%, ganz besonders bevorzugt höchstens 2 % , va riiert oder nahezu konstant ist, und/oder
b) aus einem porenfreien Material und/oder
c) aus einem Material, das kein Wasser aufnimmt, und/oder
d) aus einer spanbearbeitbaren Material gefertigt sind.
Elektrische Messanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstahl lebensmittelecht ist, insbesondere die Werkstoffnummer 1.4404 und/oder AISI 316L und/oder den Kurznamen X2CrNiMol7-12-2 hat.
3. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Iso¬ lierelemente (10, 11) eine Glasmatrix, insbesondere eine Borosilikatglas-Matrix, mit Glimmerkristallen aufweisen, insbesondere mit 55 % Fluorophlogopitglimmer und/oder 45 % Borosilikatglas , besonders bevorzugt in einer chemischen Zusammensetzung mit 46% Siliziumoxid, 17% Magnesiumoxid, 16 % Aluminiumoxid, 10 % Kaliumoxid, 7% Boroxid und 4% Fluor .
4. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Iso¬ lierelemente (10, 11) als Drehteile gefertigt sind.
5. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der In¬ nenelektrode (2) und wenigstens einem der Isolierelemente (10, 11) und/oder zwischen wenigstens einem oder dem wenigstens einem der Isolierelemente (10, 11) und der Au¬ ßenelektrode (3) wenigstens eine Dichtung (13) aus einem lebensmittelechten Dichtungsmaterial angeordnet ist.
6. Elektrische Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektrode (3) außenseitig wenigstens eine Materialrücknahme (14) aufweist, insbesondere benachbart zu der ZulaufÖffnung (8) und/oder der AblaufÖffnung (9) und/oder über eine Länge des Messraums (4) .
7. Elektrische Messanordnung (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ZulaufÖffnung (8) und die AblaufÖffnung (9) jeweils radial geöffnet aus¬ gebildet sind und dass eine lichtes Innenmaß (19) der Zu¬ lauföffnung (8) und der AblaufÖffnung (9) quer zu einer Längsrichtung (17) der Außenelektrode (3) kleiner als ein Innendurchmesser (20) des Messraums (4), insbesondere klei¬ ner als ein Durchmesser (21) der Innenelektrode (2), ist.
8. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ZulaufÖffnung (8) und die AblaufÖffnung (9) jeweils als ein radial ge¬ öffneter Längsschlitz (16), der jeweils entlang einer Längsrichtung (17) der Außenelektrode (3) verläuft, ausge¬ bildet sind, insbesondere wobei das lichte Innenmaß (19) eine Schlitzbreite ist, oder dass die ZulaufÖffnung ( 8 ) und/oder die AblaufÖffnung (9) als wenigstens eine Bohrung ausgebildet ist/sind.
9. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zu¬ lauföffnung (8) und/oder die AblaufÖffnung (9) über wenigstens die Hälfte, vorzugsweise über wenigstens drei Viertel, einer Länge des Messraums (4) er¬ streckt/erstrecken.
10. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ZulaufÖffnung (8) und die AblaufÖffnung (9) an einander gegenüber liegenden Seiten (22, 23) der Außenelektrode (3) angeordnet sind, insbesondere wobei die Innenelektrode (2) zwischen der ZulaufÖffnung (8) und der AblaufÖffnung (9) angeordnet ist .
11. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum (4) beidseits der Innenelektrode (2) einen Messspalt (24) mit einer Spaltbreite (25) definiert, insbesondere wobei eine Summe der Spaltbreiten (25) kleiner als das lichte Innen- maß (19) der ZulaufÖffnung (8,) und/oder der AblaufÖffnung
(9) ist.
Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (2) die ZulaufÖffnung (8) und/oder die AblaufÖffnung (9) innenseitig in Umfangsrichtung überdeckt.
Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ZulaufÖffnung
(8) und/oder die AblaufÖffnung (9) einen vorzugsweise seitlich geschlossenen Kanal (27) bildet/bilden, dessen Kanallänge (28) größer als die oder eine Spaltbreite (25) des oder eines Messpaltes (24) zwischen der Außenelektrode
(3) und der Innenelektrode (2) ist.
Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum (4) eine Grundform eines Hohlzylinders hat.
Elektrische Messanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektrode (3) in einem gekapselten Gehäuse (29) angeordnet ist.
Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder ein Ge¬ häuse einen zu der ZulaufÖffnung (8) korrespondierenden Zulaufanschluss (30) und einen zu der AblaufÖffnung (9) korrespondierenden Ablaufanschluss (31) hat, insbesondere wobei der Zulaufanschluss (30) und der Ablaufanschluss (31) zueinander in Längsrichtung versetzt, vorzugsweise an einander entgegengesetzten Enden des Messraums (4), angeordnet sind.
17. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zu¬ lauföffnung (8) in Längsrichtung (17) höchstens über einen von dem Zulaufanschluss (30) eingenommenen Bereich erstreckt und/oder sich die AblaufÖffnung (9) in Längsrichtung (17) höchstens über einen von dem Ablaufanschluss (30) eingenommenen Bereich erstreckt.
18. Elektrische Messanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektrode (3) beabstandet zu dem oder einem Gehäuse angeordnet ist, insbesondere wobei an der Außenelektrode (3) außenseitig wenigstens ein Strömungshindernis (32) und/oder wenigstens eine Aufnahme (35) für einen Temperatursensor (34) ausgebildet ist.
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