DE3741577A1 - Vorrichtung und verfahren zum messen der konzentration einer zweikomponentigen fluessigkeit - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum messen der konzentration einer zweikomponentigen fluessigkeit

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DE3741577A1
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H Keith Florig
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Konzentration oder des Anteils jeder Komponente einer zweikomponentigen Flüssigkeit. Eine zweikomponentige Flüssigkeit ist hier definiert als eine Lösung, Emulsion oder Mischung aus zwei Substanzen, die zusammen eine Flüssigkeit bilden. Beispiele für zweikomponentige Flüssigkeiten sind Mischungen und Emulsionen aus Öl und Wasser und Lösungen von Salz in Wasser, jedoch sind zweikomponentige Flüssigkeiten nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Zur Bestimmung der relativen Konzentration in zweikomponentigen Flüssigkeiten sind verschiedene Techniken verwendet worden. Diese Techniken umfassen die chemische Analyse und Messungen der Dichte, des Brechungsindex, der Schallgeschwindigkeit, der Infrarotabsorption oder dielektrischer Eigenschaften. Die vor­ liegende Erfindung leitet sich von der Erkenntnis ab, daß Mes­ sungen im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums einen hohen Genauigkeitsgrad bei der Messung der relativen Kon­ zentration in zweikomponentigen Flüssikeiten in Fällen bietet, in denen die dielektrischen Mikrowelleneigenschaften der Flüs­ sigkeit eine strenge Funktion der relativen Konzentration sind.
Mikrowellentechniken, die in der Vergangenheit zur Ableitung der Konzentration in Flüssigkeiten verwendet worden sind, haben Messungen der Phasenverschiebung eines durch die Proben- bzw. Prüfflüssigkeit transmittierten oder von dieser reflektierten Signals, Messungen der Resonanzeigenschaften eines mit der Probenflüssigkeit gefüllten Hohlraums oder Dämpfungsmessungen unter Verwendung von Horn- oder Trichterantennen umfaßt. Mit jeder dieser bekannten, auf Mikrowellen basierenden Konzentra­ tionsdetektierungssysteme sind ein oder mehrere Nachteile ver­ bunden. Eine signifikante Unzulänglichkeit der vergangenen Systeme liegt in den hohen Kosten, die mit Mikrowellenkompon­ enten, beispielsweise Isolatoren, Richtkopplern, variablen Dämpfungen, Frequenzmeßgeräten und Klystronen verbunden sind. Ein anderer Nachteil liegt darin, daß die meisten dieser Systeme Änderungen in den dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeitsprobe nicht in Rechnung stellen, die durch Ände­ rungen der Probentemperatur verursacht werden. Ein dritter Nachteil, der allen bisherigen Vorrichtungen gemeinsam ist, liegt in der Anfälligkeit auf Triften der Leistung des Mikro­ wellengenerators und der Effizienz des Mikrowellendetektors aufgrund entweder des Alterns oder von Änderungen der Tempe­ ratur der umgebenden Luft. Ein viertes Problem, das einigen Vorrichtungen gemeinsam ist, liegt darin, daß sie manuelle Operationen und Interpretationen erfordern und daher nicht für die Verwendung in automatisierten Systemen geeignet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein genaues System zum Messen der relativen Konzentration in zweikomponentigen Flüssigkeiten durch die Messung der Intensität eines durch die Flüssigkeit transmittierten Mikrowellensignals anzugeben.
Die vorliegende Erfindung verwendet einen in Längsrichtung sich erstreckenden Wellenleiter, vorzugsweise mit einem rechtwinke­ ligen Querschnitt. An einem Ende befindet sich eine sendende Quelle zum transmittieren eines Mikrowellensignals durch den Wellenleiter. Am anderen Ende des Wellenleiters ist ein Mikro­ wellendetektor zum Empfang des Mikrowellensignals angeordnet. Ein Probenrohr, für das ein Material mit niedriger Dielektri­ zitätskonstante und niedrigem dielektrischem Verlust verwendet ist, erstreckt sich in Querrichtung durch eine breite Seite des Wellenleiters zwischen seinen Enden, und die zu messende Flüssigkeit, die Probenflüssigkeit, wird dazu veranlaßt, durch das Probenrohr zu strömen. Der Detektor erzeugt ein elektri­ sches Signal, das dem Mikrowellensignal entspricht, welches aus der Quelle durch den Wellenleiter, das Probenrohr und die Pro­ benflüssigkeit empfangen wird. Dieses Signal ist eine Funktion der dielektrischen Eigenschaften der Probenflüssigkeit, die für zweikomponentige Flüssigkeiten ihrerseits eine Funktion der relativen Konzentration ist. Eine Signalverarbeitungsschaltung und ein digitaler Mikrocomputer sind mit dem Mikrowellendetek­ tor zum Berechnen der Konzentration des Materials in der Lösung als eine Funktion des elektrischen Signals durch Vergleichen des Signals mit gespeicherter Eichinformation verbunden.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die genaue Messung der relativen Konzentration in zweikomponentigen Flüssigkeiten durch Messung der Intensität eines durch die Flüssigkeiten ge­ sandten Mikrowellensignals auf automatischem Wege bei einer minimalen Anzahl von Mikrowellenkomponenten und mit Maßnahmen zum Einstellen sowohl von Änderungen der Temperatur der zu messenden Flüssigkeit und von einem Triften der Leistung der Mikrowellenquelle und des Mikrowellendetektors ausführbar ist.
Da das detektierte Mikrowellensignal generell eine Funktion sowohl der Temperatur der Probenflüssigkeit als auch der Kon­ zentration wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Temperatur mit Mitteln gemessen, die ein elek­ trisches Signal als eine Funktion der Probentemperatur erzeugen, und dieses Signal wird an die Signalverarbeitungs­ schaltung dem Mikrocomputer zur Berechnung der relativen Kon­ zentration der zweikomponentigen Flüssigkeit gegeben.
Sowohl die Leistung der Mikrowellenquelle als auch die Effi­ zienz oder der Wirkungsgrad des Mikrowellendetektors können durch Änderungen der Temperatur der Umgebungsluft beeinflußt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Wellenleiter und seine Mikrowellenquelle und sein Mikrowellendetektor in einer Einschließung bzw. einem Gehäuse enthalten, in der bzw. dem eine gleichmäßige Temperatur auf­ rechterhalten ist.
Zur Eliminierung des Effekts der Trift, die durch Alterung der Mikrowellenquelle oder des Detektors verursacht werden kann, oder solcher Dinge wie Ablagerungen auf der Innenseite des Probenrohres sind Ventile und Leitungen bzw. Ventilregulier­ einrichtungen und Leitungsrohre angeordnet, um Mittel zur Unterbrechung des Stroms der Prüf- oder Probenflüssigkeit durch das Probenrohr und zum Einbringen oder Durchleiten eines Stro­ mes einer Flüssigkeitsprobe bekannter Konzentration durch das Rohr zur erneuten Eichung des Schaltkreises zu bilden. Für zweikomponentige Flüssigkeiten, in denen Wasser eine primäre Komponente ist, kann reines oder entionisiertes Wasser als Probenflüssigkeit bekannter Konzentration verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Probenrohr in der Nähe des Eintrittspunktes in und des Aus­ trittspunktes aus dem Wellenleiter durch Mikrowellenabschirm­ rohre und geeignete Halterungen derart umgeben bzw. befestigt, daß das Probenrohr von einer Metallmanschette umgeben ist, die für eine Distanz von wenigstens einer halben Wellenlänge über die Oberfläche des Wellenleiters hinausragt. Dies hemmt eine Mikrowellenleckage und stellt sicher, daß jegliche mechanische Ermüdung in den Halterungen, welche das Probenrohr über die Metallmanschette hinaus befestigen, eine vernachlässigbare oder unbedeutende Wirkung der Impedanz des Probenrohres hat, wie sie entweder von der Quelle oder dem Detektor gesehen wird. Es gibt mehrere Konstruktionsvariable, welche die Empfindlichkeit des Detektorsignals auf Änderungen der Konzentration der Proben­ flüssigkeit beeinflussen. Unter diesen Variablen sind die Mikrowellenfrequenz, bei welcher die Vorrichtung arbeitet, der Durchmesser des Probenrohres und die Längsabstände zwischen der Quelle und dem Probenrohr sowie zwischen dem Probenrohr und dem Detektor.
Die Frequenz der Mikrowellenquelle ist so ausgewählt, daß sie eine akzeptable Empfindlichkeit für die zu messende Flüssig­ keit in dem betreffenden Konzentrations-Prozentbereich erzeugt. Beispielsweise ist es allgemein bekannt, daß die Dielektrizitäts­ konstante und deren Verlust in Salzwasser oberhalb 10-20 GHz unabhängig von der Salzkonzentration ist. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Wasserlösungen erfordert die Wahl einer Frequenz gut unterhalb dieses Bereichs. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Mischungen oder Emulsionen von Öl in Wasser kann die Verwendung einer Frequenz oberhalb dieses Be­ reichs vorschreiben, so daß der Betrieb oder die Leistung der Vorrichtung nicht durch Salzverunreinigungen beeinflußt wird. Ein anderer Faktor, der bei der Wahl einer speziellen Frequenz zu betrachten ist, liegt in der kommerziellen Erhältlichkeit oder Verfügbarkeit von Mikrowellenquellen bei dieser Frequenz.
Es hat sich herausgestellt, daß die Änderungen der Empfindlich­ keit oder des Ansprechverhaltens des Mikrowellendetektors so­ wohl mit der Fluidkonzentration als auch mit der Temperatur sehr empfindlich auf den Durchmesser des Probenrohres sind. Der optimale Probenrohrdurchmesser ist ein Durchmesser, für den die Empfindlichkeit bzw. das Ansprechverhalten des Mikrowellende­ tektors für Änderungen der Konzentration groß und die Empfind­ lichkeit des Mikrowellendetektors für Änderungen der Probentem­ peratur klein ist. Der Probenrohrdurchmesser, der das Verhält­ nis zwischen der Konzentrationsempfindlichkeit und der Tempera­ turempfindlichkeit maximiert, kann empirisch oder theoretisch bestimmt werden. Wenn die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlust der zweikomponentigen Probenflüssigkeit als eine Funktion der Konzentration und der Temperatur bekannt sind, können Ersatzschaltkreismodelle verwendet werden, bei­ spielsweise solche, wie sie in "Analysis of Inductive Dielec­ tric Posts in Rectangular Waveguides" bei Y. Leviatan and G.S. Sheaffer, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-35, Nr. 1, Jan. 1987, angegeben und be­ schrieben sind.
Die theoretische Bildung der Empfindlichkeit bzw. des Ansprech­ verhaltens des Detektors kann vereinfacht werden, wenn der Ab­ stand zwischen Quelle und Probe und der Abstand zwischen Probe und Detektor so gewählt werden, daß sie wenigstens mehrere Leiterwellenlängen lang sind. Dies stellt sicher, daß sich nur der fundamentale Wellenleitermodus bzw. Grundmodus zum Detektor ausbreitet.
Ein anderer Faktor, welcher die Wahl des Abstandes zwischen Quelle und Probe und des Abstandes zwischen Probe und Detektor beeinflußt, sind die Mehrfachreflexionen, welche zwischen den Komponenten bzw. Bauteilen auftreten. Durch Einstellen dieser Abstände so, daß eine konstruktive Interferenz der Mehrfach­ reflexionen auftritt, kann die Sensitivität des Ansprechver­ haltens des Detektor auf Anderungen der Konzentration maximiert werden. Wenn gefunden wird, daß die maximale Konzentrations­ empfindlichkeit bei einem Abstand D 1 zwischen Quelle und Probe und einem Abstand D 2 zwischen Probe und Detektor auftritt, dann findet man, wie es für das Phänomen stehender Wellen charakte­ ristisch ist, dasselbe Maximum bei Separationsabständen, die von D 1 und D 2 um ein Vielffaches eines Viertels einer Leiter­ wellenlänge differieren, vorausgesetzt, daß die Seperationen wenigstens zwei Wellenlängen lang sind. Im allgemeinen sind der Abstand zwischen Quelle und Probe und der Abstand zwischen Probe und Detektor so gewählt, daß die Detektorempfindlichkeit in Bezug auf die Konzentration innerhalb des Bereiches der Konzentration und der Temperatur, in welchem das System arbeitet, maximiert sind.
Schließlich wird die Konzentrationshöhe angezeigt, beispiels­ weise durch eine LCD-Einheit. Unter gewerblichen Verhältnissen kann die Konzentration der zu messenden Flüssigkeit aus dem gemessenen Signal automatisch gesteuert und ein gewünschter Einstellpunkt durch die Hinzufügung der geeigneten Komponente zur Flüssigkeit eingestellt werden.
Das Verfahren zum Messen der Konzentration der Flüssigkeit umfaßt die folgenden Schritte:
Es wird ein Strom der zu messenden Flüssigkeit hergestellt, die Flüssigkeit wird durch ein Prüf- bzw. Probenrohr geschickt, das sich in Querrichtung durch einen Mikrowellenleiter erstreckt,
ein Mikrowellensignal wird von einem Ende des Wellenleiters durch das Probenrohr und die darin strömende Flüssigkeit zum anderen Ende des Wellenleiters geschickt,
die Stärke des am anderen Ende des Wellenleiters empfangenen Mikrowellensignals wird detektiert und ein davon abhängiges, elektrisches Mikrowellenintensitätssignal erzeugt, und
aus dem Mikrowellenintensitätssignal wird ein Flüssigkeitskon­ zentrationssignal erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wandelt ein zusätzlicher Schritt das Flüssigkeitskonzentrationssignal in eine visuelle Anzeige um.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird in einem zusätzlichen Schritt das Flüssigkeitskonzentrationssignal zur Steuerung der Konzentration der Flüssigkeit selbst verwendet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zusätzliche Schritt der Messung der Temperatur der Flüssigkeit und der Erzeugung eines elektrischen Signals, das eine Funktion der Temperatur ist, vorgesehen, so daß die Erzeu­ gung des Flüssigkeitskonzentrationssignals das Temperatursignal und das Mikrowellensignal kombiniert.
Das Verfahren kann auch den Schritt des Haltens der Meßumgebung auf einer konstanten Temperatur und auch die zusätzlichen Schritte der Unterbrechung des Flüssigkeitsstromes durch das Probenrohr und das Strömen von Flüssigkeit bekannter Konzen­ tration durch das Rohr umfassen, um ein Korrektursignal zum Modifizieren des Flüssigketiskonzentrationssignal zu erzeugen.
Die Erfindung wird durch die Ausführungsformen ausgeführt, die aus der folgenden Beschreibung hervorgehen und in den Figuren dargestellt sind. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, welche das Konzentra­ tionsmeßsystem dieser Erfindung in einem Gesamtsystem zur Konzentrations- und Sauberkeitssteuerung einer Metallbearbeitungs- oder Schneidflüssigkeit zeigt, die Maschinenwerkzeugen zugeführt wird, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Konzentrationsmeß­ systems dieser Erfindung.
Gemäß Fig. 1 ist das Konzentrationsmeßsystem 10 dieser Erfin­ dung in einem System zur Aufrechterhaltung der richtigen Kon­ zentration eines Metallbearbeitungsfluids verwendet, welches einem Maschinenwerkzeug zur Erzeugung sowohl der Kühlung des arbeitenden Werkzeugs als auch der richtigen Schmierfähigkeit zwischen dem Werkzeug und dem Metallstück oder Block zugeführt ist, das bzw. der zur Bildung eines Endprodukts verwendet ist. Zur Bereitstellung der richtigen Schmierung und Kühlung muß das Metallbe- bzw. -verarbeitungsfluid eine effektive Benutzungs­ fähigkeit an dem Bearbeitungs- oder Schneidwerkzeug haben.
Typischerweise ist das Metallbearbeitun sfluid eine von der Master Chemical Corp. hergestellte TRIM®-Lösung, die als eine konzentrierte Flüssigkeit geliefert und mit Wasser gemischt wird, um eine Flüssigkeit mit einer nominalen 10%-Konzentra­ tion zu erzeugen. Ein typisches allgemein übliches oder be­ nutztes Metallbearbeitungsfluid, wie beispielsweise TRIM® SOL, enthält als Hauptbestandteil ein Mineralöl zusammen mit kleine­ ren Mengen von Substanzen, die eine fein verteilte Emulsion mit Ölkügelchengrößen in der Größenordnung von 1 µm erhalten hel­ fen, beispielsweise ein oberflächenaktives Mittel bzw. Tensid bzw. einen Schaumerzeuger. Bei anderen speziell benutzten Me­ tallbearbeitungsfluiden kann der Hauptbestandteil ein organi­ sches Salz, Seife, ein oberflächenaktives Mittel bzw. Tensid bzw. ein Schaumerzeuger, wasserlösliches Polymer, synthetisches Öl, Alkohol, Glykol oder ein Korrosionshemmer sein.
Es ist daher einzusehen, daß auf dem Gebiet der Metallbearbei­ tungsfluide das Konzentrationsmeßsystem so ausgebildet sein muß, daß es mit Materialien aus einem weiteren Materialbereich arbeiten kann. Bei dieser und bei anderen Anwendungen, bei­ spielsweise bei der Bestimmung von Konzentrationen von Salz, Zucker oder Gefrierschutz in Wasser, muß das System nicht nur an das zu detektierende Material, sondern auch an den zu mes­ senden Konzentrationsbereich leicht anpaßbar oder dafür ge­ eignet sein. Beispielsweise muß die Vorrichtung bei Metallbe­ arbeitungsfluiden auf Wasserbasis in einem Arbeitsbereich von 80 bis 100% Wasser arbeiten.
In der in Fig. 1 gezeigten Umgebung des Maschinenwerkzeugs ist das Metallbearbeitungsfluid in einem Sumpf 12 enthalten und wird durch die Pumpe 14 und eine Leitung 16 zu den einzelnen Maschinenwerkzeugen 18 gefördert, wo es die Funktion der Er­ zeugung einer richtigen Schmierung und Kühlung des Schneid­ werkzeugs und des Werkstücks erfüllt. Beim Prozeß der Erzeu­ gung der Kühlung wird etwas von dem Wassergehalt der Flüssig­ keit verdampft und ein Teil der Flüssigkeit wird an dem Werk­ stück und dem Maschinenwerkzeug selbst zurückgehalten. Für jedes Maschinenwerkzeug wird ein reichlicher Strom verwendet, um das Schneidwerkzeug und das Werkstück nicht nur für die aus­ geführte Schmierungs- und Kühlwirkung zu überfluten oder zu spülen, sondern auch um die Späne oder Teile fortzutragen, die bei dem Metallschneidprozeß erzeugt werden.
Das verwendete Metallbearbeitungsfluid wird in den Hauptsumpf 12 zur Wiederverwendung zurückgebracht. In manchen Fällen können sich die Metallspäne oder -teile in den einzelnen Ma­ schinenwerkzeugsümpfen ansammeln, woraus sie periodisch ent­ fernt werden. Bei größeren Einrichtungen wird das Fluid durch eine Leitung 20 zu einem Ausräumtank 22 zurückgebracht, in welchem die Späne durch einen Kreistransporteur bzw. Endlos­ förderer 24 entfernt werden. Zusätzliches Fluid geht dadurch verloren, daß es durch die aus dem Ausräumbehälter bzw. -tank 22 entfernten Späne oder Teile fortgetragen wird. Das Fluid wird von dem Späneforträumsumpf 22 durch eine Pumpe 26 und eine Leitung 28 zum Haupfsumpf 12 zurückgebracht. In manchen Fällen kann in die Leitung 28 zusätzlich eine Filterung eingebracht sein.
Wenn das Fluid in den einzelnen Maschinenwerkzeugen benutzt wird, nimmt es einen Teil des Hydraulikfluids auf, das zum Lauf des Maschinenwerkzeugs und des zum Schmieren der verschiedenen beweglichen Teile des Maschinenwerkzeugs, beispielsweise Schlitten, Gleitteilen und Spindeln, benutzten Schmieröls ver­ wendet wird. Dieses Hydraulikfluid und das Schmieröl ist allge­ mein als Wanderöl (tramp oil) bekannt. Der Gehalt des Wanderöls tendiert dazu zuzunehmen, wenn das Fluid in dem System rezirku­ liert wird. Dieses Öl ist mit dem Fluid selbst unvermischbar, und wenn sein Gehalt 2% überschreitet, tendiert es dazu, einen Film auf den Schneidwerkzeugen zu bilden und stört die Kühlwir­ kung des Fluids. Auch bewirkt ein solcher Gehalt an Wanderöl in dem Fluid, daß die Spanpartikeln an den Werkzeugen haften, und ein Teil des Wanderöls wird während der Bearbeitungsopera­ tion verdampft, wodurch ein unangenehmer oder unerwünschter Rauch, Dunst oder Nebel erzeugt wird.
Zur Beseitigung der mit der Ausbildung von Wanderöl verbundenen Probleme wird ein Abscheider 34, beispielsweise der von der Master Chemical Corp. hergestellte "SCROUNGER®"-Abscheider zur Eliminierung des Wanderöls aus dem Sumpf 12 verwendet. Alter­ nativ dazu könnte auch ein Zentrifugalabscheider verwendet werden.
Die Konzentration des Fluids in dem Sumpf 12 wird von dem Kon­ zentrationsmeßsystem 10 kontinuierlich überwacht, das einen kontinuierlichen Fluidstrom durch das Rohr 30 zieht und diesen durch das Rohr 32 in dem Sumpf 12 zurückbringt. Die durch das System 10 gemessene Konzentrationshöhe wird durch die Leitung 38 zur Kontrolleinheit 36 gesandt und kann in digitaler Form auf dem Instrument 40 durch das LCD-Array 42 angezeigt werden. Die Steuereinheit 36 kann aus einer Signalverarbeitungseinheit und einem Rechner zusammen mit den notwendigen Ausgaberelais gebildet sein.
Wenn das Metallbearbeitungsfluid durch seinen Gebrauch ver­ braucht oder verschwunden ist, fällt der Pegel des Fluids im Sumpf 12 und dieser Pegel wird durch den Pegelkontroller bzw. Regler 44 detektiert, der durch die Leitung 46 ein Signal an die Steuereinheit 36 sendet. Um einen festen Prozentsatz des Kühl- oder Metallbearbeitungsfluids in dem System aufrechtzu­ erhalten, ist es notwendig, dem Sumpf sowohl Wasser als auch Metallbearbeitungsfluidkonzentrat hinzuzufügen.
Um das System auf einer kontinuierlichen Basis verwenden zu können, wurde es als zweckmäßig erkannt, die Wasserverluste durch entionisiertes Wasser zu ersetzen. Die Verwendung von hartem Wasser würde korrodierende oder zerfressende Salze ein­ bringen, deren Konzentrationen sich in dem Fluid aufbauen würden, wenn das Wasser verdampft wird. Durch Verwendung der Zufuhr von entionisiertem Wasser werden Kalzium- und Magne­ siumionen aus der Wasserzufuhr entfernt, so daß die Bildung unlöslicher Kalzium- und Magnesiumsalze eliminiert wird. Auch andere schädliche Elemente oder Verbindungen, wie beispiels­ weise Eisen, Karbonate, Sulfate, Nitrate und Chloride werden in dem Entionisierungsprozeß ebenfalls entfernt.
Reines, mineralfreies Wasser wird dem System durch den Ent­ ionisierer 48 zugeführt, der bei kleineren Einrichtungen nach Art eines Austauschtank-Entionisierers und bei größeren Ein­ richtungen in Form eines automatischen Entionisierersystems ausgebildet sein kann. Die Steuerung bzw. Steuerungseinheit 36 bestimmt aus der Konzentrationsmessung den Anteil des aus dem Entionisierer 48 einzubringenden entionisierten Wassers und den Prozentsatz des aus dem Sumpf 50 einzubringenden Metallbear­ beitungsfluidkonzentrats. Von der Steuereinheit 36 werden ge­ eignete Steuersignale an Wasserzufuhrventil 52 und eine Pumpe 54 in der Leitung für das Metallbearbeitungsfluidkonzentrat gegeben, welche das entionisierte Wasser und das Metallfluid­ konzentrat in einen Mischer 58 einbringen. Ein geeigneter Mischer, der eine große Vielfalt konzentrierter Flüssigkeiten handhaben bzw. behandeln kann, ist der von der Master Chemical Corp. hergestellte UNIMIXR-Proportionierer. Das richtig ge­ mischte, korrekte Verhältnis von Wasser und Metallbearbeitungs­ fluidkonzentrat wird aus dem Mischer 58 durch die Leitung 60 dem Sumpf 12 bis zum gewünschten Pegel zugeführt, wie er vom Pegelregler 44 bestimmt ist.
Bei der Gesamtsteuerung des kontinuierlich arbeitenden Metall­ bearbeitungsfluidsystems können andere Eigenschaften, die in Bezug auf die Konzentrationshöhe sekundär sind, überwacht werden. Ein pH-Detektor 62 und ein Leitfähigkeitsdetektor 64 führen durch zugeordnete Leitungen 66 bzw. 68 der Kontroll­ schaltung 36 Signale zur Überwachung dieser Eigenschaften zu, die auf LCD-Anzeigen 70 und 72 des Instruments 40 angezeigt werden können. Zur Aufrechterhaltung der Produktstabilität und zur Korrosionshemmung ist es zweckmäßig, den pH-Wert im Bereich von 7,5 bis 10 zu halten. Die konstante Auffüllung des Systems mit entionisiertem Wasser und Metallbearbeitungsfluidkonzentrat hält normalerweise diesen pH-Wert aufrecht. Kleine Zusätze eines Korrosionshemmers, von Kaliumhydroxyd und von wasser­ löslichen Aminen können jedoch zur Aufrechterhaltung des rich­ tigen pH-Wertes gemacht werden.
Ein Aufbau des Leitfähigkeitspegels würde einen unerwünschten Aufbau des Pegels gelösten Salzes anzeigen, der durch eine Ver­ unreinigung, die Verwendung von Wasser schlechter Qualität oder durch eine Funktionsstörung des Entionisierers 58 erzeugt werden kann. Die Ausbildung gelöster Salze kann zu Korrosion, Produktinstabilität, schlechten Rückständen und erhöhtem bak­ teriellen Wachstum führen.
Für die Mischung aus Wasser und Metallbearbeitungsfluidkonzen­ trat, die vorstehend als eine zweikomponentige Flüssigkeit definiert worden ist, ist die optimale Mikrowellenfrequenz für das Konzentrationsmeßsystem irgendwo in der Nachbarschaft von 24 GHz. Bei dieser Frequenz erreicht der Absorptionskoeffizient von Wasser ein relatives bzw. lokales Maximum. Auch ist bei dieser Frequenz das Ansprechverhalten des Sensors gegen die Ausbildung einer Salzkonzentration, die durch Verdunstungs­ oder Verdampfungsverluste von Wasser aus dem Fluidsystem ver­ ursacht wird, unempfindlich. Wie vorstehend erwähnt, ist die Dielektrizitätskonstante und deren Verlust in Salzwasser nahe­ zu unabhängig von der Salzkonzentration bei Frequenzen ober­ halb von 20 GHz. Folglich sind bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform dieser Erfindung die Quelle und der Detektor so ge­ wählt, daß sie bei 24,15 GHz arbeiten, eine Frequenz, bei welcher die Bauteile billig kommerziell erhältlich sind.
In der Fig. 2 ist das Konzentrationsmeßsystem 10 dieser Er­ findung schematisch dargestellt. Ein langgestreckter Wellen­ leiter 74 mit rechtwinkeligem Querschnitt ist auf einem Unter­ gestell bzw. Sockel 76 innerhalb eines geheizten Gehäuses 78 gehalten. Der Wellenleiter 74 ist ein EIA-standard-WR 42-Mes­ singwellenleiter, der eine äußere breite Seite 80 mit einer Abmessung von 1,27 cm (0,5 inch) und eine schmalere Seite 82 mit einer Abmessung von 0,635 cm (0,25 inch) aufweist. Dieser Wellenleiter trägt eine Grundmodus-Transmission im K-Band zwischen 18 GHz und 26,5 GHz.
Die Mikrowellenquelle 84 ist bei dieser Ausführungsform eine 24,15 GHz-Gunndiode mit einer Mikrowellenausgangsleistung von 10 mW. Die Mikrowellenquelle 84 ist an einem Ende des Wellen­ leiters 74 befestigt. Das detektierende Element 86 ist eine Mittelbarriere-Schottkydiode, die an dem anderen Ende des Wellenleiters 74 befestigt ist. Durch Drähte 88 und 90 sind geeignete Verbindungen zur Signalverarbeitungseinheit 92 sowie zum Rechner und zur Kontrollrelaiseinheit 36 gemacht, um der Mikrowellenquelle 84 geregelte 4,5 Volt zuzuführen und zum Emfpang und der Verarbeitung des Signals aus dem Detektor 86.
Ein Meß- oder Probenrohr 94 in Form eines Hartglasrohres bzw. Pyrexrohres von 5,08 cm (2,0 inches) Länge, 3,0 mm Außen­ durchmesser und 1,8 mm Innendurchmesser geht durch die breite Seite 80 des Wellenleiters am Zentrum von dessen Breite und in der Nähe des Zentrums seiner Länge hindurch. Das Probenrohr 94 ist mit einer herkömmlichen Einlaßrohrleitung 96 und einer Aus­ laßrohrleitung 98 durch Rohrverbindungsstücke 100 verbunden, und ist an seiner Verbindung mit dem Wellenleiter durch metal­ lische bzw. metallene Mikrowellenabschirmrohr 102 umgeben, die fest oder starr mit dem Wellenleiter 74 verbunden sind. Mit den Abschirmrohren 102 sind Fassungen 99 fest verbunden, welche das Probenrohr 94 fest und sicher an Ort und Stelle halten.
Die Wellenlänge bei 24,15 GHz beträgt 1,41224 cm (0,556 in­ ches). Um sicherzustellen, daß nur der fundamentale Modus bzw. Grundmodus auf das Probenrohr 94 und den Detektor 86 trifft, sind bei dieser Ausführungsform der Abstand 104 zwischen Quelle und Probe und der Abstand 106 zwischen Probe und Detektor gleich fünf Leiterwellenlängen plus einem Anteil einer Wellenlänge, der zu einer konstruktiven Interferenz von Vielfachreflexionen führt. Wie oben beschrieben, hat die kon­ struktive Interferenz von Vielfachreflexionen zwischen der Quelle und dem Probenrohr sowie zwischen dem Probenrohr und dem Detektor eine maximale Empfindlichkeit des Detektors auf Ände­ rungen der Konzentration zur Folge. Die Längen, die eine kon­ struktive Interferenz hervorbringen, werden unter Verwendung von Wellenleiterausgleichsstücken empirisch bestimmt. Für diese bevorzugte Ausführungsform ist der erste Abschnitt 104 des Wel­ lenleiters zwischen der Mikrowellenquelle 84 und dem Proben rohr 94 gleich 7,2136 cm (2,84 inches) und der zweite Abschnitt 106 des Wellenleiters 74 zwischen dem Meßrohr 94 und dem De­ tektor 86 gleich 8,2550 cm (3,25 inches) lang gewählt.
Die Dämpfung des Mikrowellensignals von der Quelle 84 zum De­ tektor 86 wird durch den Durchgang der in dem Probenrohr 94 enthaltenen und zu prüfenden Flüssigkeit erzeugt und hängt auch von der Temperatur dieser Flüssigkeit ab. Bei Gewerbeverhält­ nissen kann erwartet werden, daß diese Temperatur über einem gegebenem Temperaturbereich variiert. Um die Effekte der Ände­ rungen der Probentemperatur in Rechnung zu stellen, ist das Konzentrationsabtastsystem mit einem Temperatursensor 108 ausgerüstet, welcher ein Analogtemperatursignal durch einen Leiter 110 an die Signalverarbeitungseinheit 92 und den Mikro­ computer 36 sendet.
Die Beziehung zwischen der Konzentration und den Millivolt- Ausgangssignalen sowohl des Mikrowellendetektors als auch des Temperatursensors wird experimentell hergestellt und in Form entweder einer Nachschlagtabelle oder einer Polynomanpassung im Mikrocomputer 36 gespeichert. Die Konzentration einer Probe wird durch den Mikrocomputer 36 durch Auslesen des Mikro­ wellendetektors und des Temperatursensors sowie durch den Ver­ gleich dieser Auslesungen mit der gespeicherten Eichinformation berechnet.
Unter gewerblichen Verhältnissen begegnet man einer Fehler­ quelle, wenn die Temperaturen der Quelle 84 und des Detektors 86 sich aufgrund unvorhersagbarer Anderungen der Temperatur der Umgebungsluft variieren. Zur Eliminierung dieser Fehlerquelle ist das ganze Prüf- und Meßsystem in einem Gehäuse 78 aufge­ nommen, welches durch ein Plattenheizgerät 111 in Abhängigkeit von einem Temperaturdetektor 112 aufgeheizt wird und mit einem geeigneten Heizschaltkreis auf einer Schaltkreisplatte 93 durch Verbindungen 113 und 115 mit der Signalverarbeitungseinheit 92 und der Rechner- und Steuerrelaiseinheit 36 verbunden ist.
Um das Altern der Mikrowellenquelle und/oder des Detektors zu kompensieren und um andere physikalische Anderungen in Rechnung zu stellen, die auftreten könnten, beispielsweise die Ansamm­ lung von Ablagerungen auf der Innenseite des Prüfrohres 94, wird das Konzentrationsmeßsystem 10 anfänglich mit entionisier­ tem Wasser geeicht, das durch das Prüfrohr 94 strömt. Die kommerzielle bzw. gewerbliche Einrichtung ist mit einer Ein­ richtung zum Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes durch das Meßrohr und zum Durchleiten eines Stromes entionisierten Wassers durch das Meßrohr versehen, um einen Faktor zum er­ neuten Eichen der Mikrowellenmessung zu erhalten. Dies wird durch das Vorsehen eines Solenoid- bzw. Magnetventils 114 in der Leitung 30 vom Sumpf 12 und ein Mangetventil 116 in der Leitung 118 vom Entionisierer 48 zusammen mit geeigneten Steuerleitungen 120 bzw. 122 zur Rechner- und Steuerrelais­ einheit 36 erreicht, welche diese Unterbrechung auf einer periodischen Basis ausführt, beispielswe alle 6 Betriebsstun­ den.
Die vorstehende Beschreibung hat die in Fig. 1 dargestellte spezielle Umgebung der Messung der Konzentration eines Metall­ bearbeitungsfluids dargelegt und die Verwendung eines Mikro­ wellensignals am höheren Ende des K-Bandes ist dazu verwendet worden. Seine Geeignetheit zur Detektierung von Öl in einer Wassermischung im Bereich von 0% bis 20% Öl zu zeigen, die unabhängig von gelösten Salzen ist. Es ist jedoch einzusehen, daß der beschriebene und beanspruchte Detektor zum Detektieren der relativen Konzentration in der beliebigen zweikomponentigen Flüssigkeit geeignet ist, vorausgesetzt, daß sich die dielek­ trischen Eigenschaften der Flüssigkeit in einem Frequenzbe­ reich, in welchem eine Quelle und ein Detektor kommerziell erhältlich sind, ausreichend ändern. Beispielsweise ist dieses System mit einer 10,525 GHz-Quelle und einem Detektor mit einem WR-90-Wellenleiter verwendet worden, der für die Verwendung in dem X-Band dimensioniert ist. Die Konstruktionsparameter des Mikrowellen-Konzentrationssystems sind in solchen Einzelheiten dargelegt worden, daß der Benutzer das System für die zu prü­ fende spezielle Flüssigkeit optimieren kann.

Claims (25)

1. Vorrichtung bzw. System zum Messen der Konzentration einer zweikomponentigen Flüssigkeit, gekennzeichnet durch
  • - einen langgestreckten, metallischen Mikrowellen-Wellenleiter (74),
  • - eine an einem Ende des Wellenleiters (74) angeordnete, sen­ dende Mikrowellenquelle (84) zum Senden eines Mikrowellen­ signals durch den Wellenleiter (74),
  • - einen am anderen Ende des Wellenleiters (74) angeordneten Detektor (86) zum Empfang des Mikrowellensignals,
  • - ein sich quer durch den Wellenleiter (74) zwischen dessen Enden erstreckendes Meßrohr (94),
  • - eine Einrichtung (96, 100, 32) zum Strömenlassen der Flüs­ sigkeit durch das Meßrohr (94),
  • - wobei der Detektor (86) ein elektrisches Signal erzeugt, das eine Funktion des von der Quelle (84) durch den Wellenleiter (74), das Meßrohr (94) und der Flüssigkeit empfangenen Mikro­ wellensignals ist, und durch
  • - eine mit dem Mikrowellendetektor (86) verbundene Rechner­ einrichtung (36) zum Berechnen der Konzentration eines Mate­ rials in der Flüssigkeit als eine Funktion des elektrischen Signals.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikrowellenquelle (84) ein Signal fester Frequenz im Mikrowellenspektrum sendet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wellenleiter (74) einen ersten Abschnitt zwischen der Mikrowellenquelle (84) und dem Prüf- bzw. Meßrohr (94) mit einer Länge aufweist, die eine konstruktive Interferenz von Mehrfachreflexionen zwischen dem Meßrohr (94) und der Mikrowellenquelle (84) zur Folge hat, und daß der Wellenleiter (74) einen zweiten Abschnitt zwischen dem Meßrohr (94) und dem Detektor (86) mit einer Länge aufweist, die eine konstruktive Interferenz von Mehrfachreflexionen zwischen dem Prüf- bzw. Meßrohr (94) und dem Mikrowellendetek­ tor (86) zur Folge hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikrowellenquelle (84) eine feste Frequenz im K-Band aufweist, wobei die Messung eines Prozent­ satzes von Öl in Suspension, das eine Emulsion in Wasser als zweikomponentige Flüssigkeit bildet, ohne weiteres unabhängig von einer Menge von in der Flüssigkeit gelösten Salzen detek­ tiert werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikrowellenquelle (84) eine feste Frequenz inmitten des oberen K-Bandes oberhalb etwa 20 GHz hat.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz der Mikrowellenquelle (84) gleich 24,15 GHz ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro­ wellenquelle (84) ein Signal fester Frequenz im Mikrowellen­ spektrum aussendet und daß die Gesamtlänge des Wellenleiters (74) mehr als das Vierfache der geführten Wellenlänge des ge­ sendeten Mikrowellensignals beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein­ richtung (108) zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit stromaufwärts des Meßrohres (94) und zum Senden eines der Temperatur entsprechenden elektrischen Signals zur Rechen­ einrichtung (36) zum Berechnen der Konzentration des Materials in der Flüssigkeit vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Wellenleiter (74), die Mikrowellenquelle (84), den Mikro­ wellendetektor (86) und das Meßrohr (94) umgebendes, er­ wärmbares Gehäuse (78) zur Aufrechterhaltung einer gleich­ mäßigen Temperatur dieser Bauteile vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein­ richtung (114, 116, 120, 122) zum Unterbrechen des Flüssig­ keitsstromes durch das Meßrohr (94) und zum Durchleiten eines Stromes eines Fluids bekannter Konzentration durch das Meß­ rohr (94) zum erneuten Eichen einer auf das während des Durch­ leitens des Fluids bekannter Konzentration durch das Meßrohr (94) erzeugte elektrische Signal ansprechenden Schaltkreis­ einrichtung (92, 36).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung (96, 99, 100, 32) zum Durchleiten eines Stromes eines Fluids bekannter Kon­ zentration durch das Meßrohr (94) mit einer Quelle (48) für entionisiertes Wasser zur Zufuhr eines Fluids bekannter Kon­ zentration verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wellenleiter (74) einen rechtwinkeligen Quer­ schnitt mit einer größeren Breite als Höhe aufweist, und daß sich das Meßrohr (94) durch die Breite erstreckt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mikrowellenabschirmrohre (102) vorgesehen sind, die vom Wellenleiter (74) nach außen ragen und das Meßrohr (94) für eine Distanz von wenigstens einer halben Wellenlänge des gesendeten Signals umgeben.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Meßrohr (94) kreisförmigen bzw. runden Querschnitt aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Rechnereinrichtung (36) verbundene Einrichtung (40) zum Anzei­ gen der errechneten Konzentration des Materials in der Flüs­ sigkeit vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Rechnereinrichtung (36) verbundene Steuereinrichtung zum Steuern der Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Materials in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer vorgewählten Konzentration und der gemessenen Konzentration vorgesehen ist.
17. Vorrichtung bzw. System zum Messen der Konzentration einer zweikomponentigen Flüssigkeit,
  • - einen langgestreckten, metallischen Mikrowellen-Wellenleiter (74),
  • - eine an einem Ende des Wellenleiters (74) angeordnete, sen­ dende Quelle (84) zum Senden eines Mikrowellensignals durch den Wellenleiter (74),
  • - einen am anderen Ende des Wellenleiters (74) angeordneten Mikrowellendetektor (86) zum Empfang des Mikrowellensignals,
  • - ein sich quer durch den Wellenleiter (74) zwischen dessen Enden erstreckendes Meßrohr (94),
  • - ein den Wellenleiter (74), die Mikrowellenquelle (84), den Mikrowellendetektor (86) und das Meßrohr (94) umgebendes Ge­ häuse (78),
  • - eine Einrichtung (111, 112) zum Steuern der Temperatur in dem Gehäuse (78),
  • - eine Einrichtung (96, 99, 100, 32) zum Strömenlassen der Flüssigkeit durch das Meßrohr (94),
  • - eine Einrichtung (108) zum Messen der Temperatur der Flüs­ sigkeit und zum Erzeugen eines von der Temperatur abhängi­ gen elektrischen Signals,
  • - wobei der Mikrowellendetektor (86) ein elektrisches Signal erzeugt, das eine Funktion des von der Quelle (84) durch den Wellenleiter (74), das Meßrohr (94) und die Flüssigkeit empfangenen Mikrowellensignals ist, und durch
  • - eine mit dem Mikrowellendetektor (86) und dem Temperatur­ detektor (108) verbundene Schaltkreiseinrichtung (92, 36) zum Berechnen der Konzentration eines Materials in der Flüssig­ keit als eine Funktion des elektrischen Signals.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung (114, 116, 120, 122) zum Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes durch das Meßrohr (94) und zum Durchleiten eines Wasserstromes durch das Meßrohr (94) zum erneuten Eichen der Schaltkreiseinrich­ tung (92, 36) in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal, das während des Durchgangs des Wassers durch das Meßrohr (94) erzeugt wird.
19. Verfahren zum Messen der Konzentration eines Materials in einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Herstellung eines Stromes der zu messenden Flüssigkeit,
  • - Durchleiten durch Flüssigkeit durch ein Meßrohr (94), das sich quer durch einen Mikrowellen-Wellenleiter (74) er­ streckt,
  • - Durchleiten eines Mikrowellensignals von einem Ende des Wellenleiters (74) durch das Meßrohr (94) und die darin strömende Flüssigkeit zum anderen Ende des Wellenleiters (74),
  • - Detektieren der Stärke eines Mikrowellensignals, das an dem anderen Ende des Wellenleiters (74) empfangen wird, und Empfangen eines davon abhängigen elektrischen Mikrowellen­ intensitätssignals, und
  • - Erzeugung eines Flüssigkeitskonzentrationssignal aus dem Mikrowellenintensitätssignal.
20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt der Umwandlung des Flüssigkeitskonzen­ trationssignals in eine visuelle Anzeige.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeich­ net durch den Schritt der Steuerung der Konzentration der Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitskonzentra­ tionssignal.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, ge­ kennzeichnet durch den Schritt der Messung der Temperatur der Flüssigkeit und die Erzeugung eines elek­ trischen Signals, welches eine Funktion dieser Temperatur ist, und durch die Erzeugung eines Flüssigkeitskonzentrationsignals sowohl von dem elektrischen Mikrowellenintensitätssignal und dem von der Temperatur abhängigen Signal.
23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch den Schritt der Haltung der Meßumgebung auf einer konstanten Temperatur.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, ge­ kennzeichnet durch die folgenden Verfahrens­ schritte:
  • - Unterbrechung des Stromes der Flüssigkeit durch das Meß­ rohr (94),
  • - Strömenlassen eines Fluids durch das Meßrohr (94),
  • - Durchleiten eines Mikrowellensignals von einem Ende des Wellenleiters (74) durch das Meßrohr (94) und das darin strömende Fluid bekannter Konzentration zum anderen Ende des Wellenleiters (74),
  • - Detektieren des Mikrowellensignals an dem anderen Ende des Wellenleiters (74) und in Abhängigkeit davon die Erzeugung eines korrigierenden, elektrischen Mikrowellenintensitäts­ signals, und
  • - Modifizieren des Flüssigkeitskonzentrationssignal durch das korrigierende Signal.
25. Vorrichtung bzw. System zu Messen der Konzentration einer zweikomponentigen Flüssigkeit, gekennzeichnet durch
  • - einen langgestreckten, metallischen Mikrowellen-Wellenleiter (74) mit einem rechtwinkeligen Querschnitt mit einer größeren Breite als Höhe,
  • - eine an einem Ende des Wellenleiters (74) angeordnete, sen­ dende Quelle (84) zum Senden eines Mikrowellensignals fester Frequenz durch den Wellenleiter (74),
  • - einen am anderen Ende des Wellenleiters (74) angeordneten Mikrowellendetektor (86) zum Empfang des Mikrowellensignals,
  • - ein zylindrisches Meßrohr (94), das sich quer durch die Breite des Wellenleiters (74) zwischen dessen Enden erstreckt,
  • - eine Einrichtung (96, 99, 100, 32) zum Strömenlassen der Flüssigkeit durch das Meßrohr (94),
  • - eine Einrichtung (108) zum Messen der Temperatur der Flüs­ sigkeit und zum Erzeugen eines davon abhängigen elektri­ schen Signals,
  • - wobei der Detektor (86) ein elektrisches Signal erzeugt, das eine Funktion des von der Quelle (84) durch den Wellenleiter (74), das Meßrohr (94) und die Flüssigkeit empfangenen Mikro­ wellensignals ist, und
  • - wobei der Durchmesser des zylindrischen Meßrohres (94) so ausgewählt ist, daß die Empfindlichkeit bzw. das Ansprech­ verhalten des Detektors (86) auf Änderungen der Konzentra­ tion der Flüssigkeit maximiert und die Empfindlichkeit bzw. das Ansprechverhalten des Detektors (86) auf Änderungen der Temperatur der Flüssigkeit minimiert ist, und durch
  • - eine mit dem Mikrowellendetektor (86) und dem Temperatur­ detektor (108) verbundene Schaltkreiseinrichtung (92, 36) zum Berechnen der Konzentration eines Materials in der Flüssigkeit als eine Funktion des elektrischen Signals.
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