DE4233110A1 - Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten und Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten und Vorrichtung zu dessen Durchführung

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DE4233110A1 DE19924233110 DE4233110A DE4233110A1 DE 4233110 A1 DE4233110 A1 DE 4233110A1 DE 19924233110 DE19924233110 DE 19924233110 DE 4233110 A DE4233110 A DE 4233110A DE 4233110 A1 DE4233110 A1 DE 4233110A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leit­ fähigkeit von Flüssigkeiten und insbesondere von Elektrolyten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.
Leitfähigkeitsmessungen bei Flüssigkeiten und insbesondere bei Elektroly­ ten erfolgen in der Regel dadurch, daß über eine Meßzelle, die minde­ stens zwei Elektroden enthält, ein elektrischer Strom in die Meßflüssigkeit eingespeist wird. Die Leitfähigkeit ergibt sich dann unter Berücksichti­ gung der Zellengeometrie als Quotient des Meßstromes und der an der Meßzelle abfallenden Meßspannung nach folgender Beziehung:
L = C×I/U,
wobei C die die Zellengeometrie berücksichtigende Zellkonstante darstellt.
Jeder gerichtete Strom in einem Elektrolyten erzeugt durch dessen Zerset­ zung eine elektromotorische Gegenkraft, die den Stromdurchgang schwächt und damit den Meßwert verfälscht. Dieser Effekt ist unter der Bezeichnung "Polarisationseffekt" bekannt.
Um diesen Polarisationseffekt auszuschalten, muß daher mit einem Wech­ selstrom möglichst hoher Frequenz gemessen werden. Grundlegende Ausfüh­ rungen zur Wahl der richtigen Meßfrequenz sind in diesem Zusammenhang dem Fachaufsatz von K. Rommel, "Leitfähigkeitsmessungen in Elektrolyten" aus der "Fachzeitschrift für Labortechnik", Mai 1981 entnehmbar.
Ein Phänomen, das dem Ausweichen zu möglichst hohen Frequenzen entge­ gensteht, stellen die in einem praxisgerechten Meßaufbau unvermeidlichen Kabelkapazitäten dar, die bei hohen Frequenzen zum Tragen kommen.
Diese Kabelkapazitäten in Verbindung mit Polarisationseffekten führen da­ zu, daß insbesondere bei Universal-Meßgeräten, an die beliebige Meßzel­ len angeschlossen werden können, bei Verwendung vorgegebener Meßfre­ quenzen durch den Einsatz einer ungeeigneten Meßzelle oder eines zu lan­ gen Kabels erhebliche Meßfehler entstehen können, die von einem solchen herkömmlichen Universal-Meßgerät nicht erkannt werden können.
Aus DE 35 17 772 C2 ist ein Lösungsansatz für die vorstehende Problema­ tik bekannt, wonach bei einem Verfahren zur Messung der elektrolytischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten als Stromimpuls ein Gleichstromimpuls von gegebener konstanter Stromstärke verwendet wird. Die zwischen den beiden Elektroden der Meßzelle während der Dauer des Gleichstromimpulses herr­ schende Spannung wird dann in vorgegebenen Zeitabständen gemessen und sämtliche gemessenen Spannungswerte in einem Mikrocomputer gespeichert. Für jeden der gemessenen Spannungswerte wird die erste und die zweite Ableitung der Funktion des gemessenen Spannungsverlaufs in Abhängigkeit von der Zeit im Mikrocomputer berechnet und gespeichert. Derjenige Span­ nungswert wird ermittelt und als ausgewählter Spannungswert im Mikro­ computer gespeichert, bei dem die erste und/oder zweite Ableitung den Wert 0 besitzen oder gegenüber dem vorhergehenden Wert das Vorzeichen gewechselt haben. Dieser ausgewählte Spannungswert ist bei dem bekann­ ten Verfahren in optimaler Weise zur Berechnung der Leitfähigkeit geeig­ net, da hierbei Umladevorgänge in der Meßzelle ganz oder nahezu beendet sind, wogegen die Polarisation noch nicht bzw. gerade erst begonnen hat.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß eine komplexe, zeitlich stark aufgelöste Auswertung der Spannungssignale zu erfolgen hat, die das Ver­ fahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung aufwendig gestalten.
Ausgehend von der vorstehend erörterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren der gattungsgemäßen Art bzw. eine Vorrichtung zu dessen Durchführung so zu verbessern, daß Meßfehler bei der Messung automatisch und in verfahrens- und vorrichtungstechni­ scher Hinsicht auf einfache Weise erkennbar werden.
Diese Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die im Kenn­ zeichnungsteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patent­ anspruch 10 angegeben. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß innerhalb eines Frequenzbereichs zwischen einer oberen und unteren Grenzfrequenz eine von Polarisationseffekten und Kabelkapazitäten praktisch ungestörte Messung möglich ist. Dies ist gleichbedeutend damit, daß bei einer Messung mit unterschiedlichen Frequenzen aus diesem Fre­ quenzbereich ein innerhalb der Meßgenauigkeit der übrigen Meßkomponen­ ten gleichbleibender Meßwert ermittelt wird. Dies wird beim erfindungsge­ mäßen Verfahren dahingehend ausgenutzt, daß durch Einspeisen einer zweiten, einer definierten Basisfrequenz benachbarten Alternativfrequenz ein zweiter, der Alternativfrequenz zugeordneter Leitfähigkeitsmeßwert ermittelt wird, der mit dem der Basisfrequenz zugeordneten Leitfähig­ keitswert verglichen werden kann. Ergeben sich hierbei Abweichungen der beiden Leitfähigkeitswerte, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die Basis­ frequenz in einem unzulässigen Frequenzbereich liegt, in dem die Messung durch Polarisationseffekte oder Kabelkapazitäten verfälscht wird. Das auf der Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens betriebene Meßgerät kann dann eine entsprechende Fehlermeldung auslösen oder versuchen, nach einer erfolgten Fehlererkennung die Messung mit einer veränderten Basis­ frequenz und einer entsprechend angepaßten Alternativfrequenz gegebenen­ falls mehrmals zu wiederholen, bis die Messung als fehlerfrei erkannt wird.
Bevorzugterweise unterscheiden sich die Basis- und Alternativfrequenz um einen Betrag in der Größenordnung von 20% voneinander.
Vorteilhafterweise können der Basis- und Alternativ-Wechselstrom mit einer Taktdauer im Bereich zwischen 0,5 Sekunden und 2 Sekunden abwechselnd in die Meßzelle eingespeist werden. Diese Taktdauer genügt für übliche Meßaufgaben, bei denen sich die Leitfähigkeit der zu untersuchenden Flüssigkeit - wenn überhaupt - mit einer sehr viel größeren Zeitkonstante ändert.
Um eine möglichst geringe Beeinflussung durch eine Leitfähigkeits-Ände­ rung der Flüssigkeit zu erzielen, kann vorteilhafterweise die getaktete Einspeisung des Basis- bzw. Alternativ-Wechselstromes mit einer Taktdauer erfolgen, die jeweils im Bereich der Dauer einer bis einiger weniger - also beispielsweise fünf - Perioden des Basis- bzw. Alternativ-Wechsel­ stromes liegt.
Sollen sich schnell ändernde Leitfähigkeiten gemessen werden, so ist auch eine gleichzeitige Einspeisung von Basis- und Alternativ-Wechselstrom mit einem sich aus der Überlagerung von Basis- und Alternativ-Frequenz er­ gebenden Frequenzgemisch möglich.
Statt der gleichzeitigen Einspeisung von Basis- und Alternativ-Wechsel­ strom kann gemäß einer bevorzugten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens in konstanten Zeitabständen alternierend mit einer konstanten Basisfrequenz und einer zugeordneten, konstanten Alternativfrequenz ge­ messen werden. Anschließend werden die Leitfähigkeitsdifferenzen der mit der Basisfrequenz bzw. der Alternativfrequenz ermittelten Leitfähigkeits­ werte gebildet, durch eine näherungsweise Mittelwertbildung aus diesen Leitfähigkeitswerten die sich pro konstantem Zeitabstand ergebende, abso­ lute Leitfähigkeitsänderung bestimmt und diese in den Vergleich der mit Basis- bzw. Alternativfrequenz ermittelten Leitfähigkeitswerte als Korrek­ turwert einbezogen.
Durch diese Weiterbildung des Verfahrens kann ein sich durch die konti­ nuierliche Änderung der Leitfähigkeit des Meßmediums ergebender Fehler, der sich zu den gegebenenfalls vorhandenen frequenzabhängigen Differen­ zen hinzuaddiert, herausgerechnet und damit kompensiert werden.
Weiterhin kann in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest im Falle einer erkannten Fehlmessung mindestens ei­ ne weitere Messung mit einer weiteren, von der ersten Alternativfrequenz abweichenden zweiten Alternativfrequenz vorgenommen werden, um die Art des der Fehlmessung zugrundeliegenden Meßfehlers zu bestimmen. Damit kann das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Meßgerät selbsttätig die Richtung erkennen, in der die Basisfrequenz geändert wer­ den muß, um in den zulässigen Frequenzbereich zu gelangen.
Zu den Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen der in den Patentansprü­ chen angegebenen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens wird auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungs­ beispiels der Meßvorrichtung anhand der beigefügten Zeichnungen verwie­ sen. Es zeigt
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild einer mit Zuleitungskabeln versehenen Leit­ fähigkeits-Meßzelle,
Fig. 2 ein Diagramm der Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Meßfrequenz,
Fig. 3 ein Diagramm der Leitfähigkeit in zeitlicher Abhängigkeit und
Fig. 4 ein Prinzipschaltbild einer Leitfähigkeits-Meßvorrichtung gemäß der Erfindung.
Zur Erläuterung der dem erfindungsgemäßen Meßverfahren zugrundeliegen­ den Erkenntnis betreffend die Leitfähigkeitsmessung an Flüssigkeiten wird auf die Fig. 1 und 2 verwiesen.
In stark vereinfachter Darstellung läßt sich für eine Leitfähigkeits-Meß­ anordnung das in Fig. 1 dargestellte Ersatzschaltbild heranziehen, in dem Gx den gesuchten Leitwert der Flüssigkeit darstellt. Die Leitfähigkeit der Flüssigkeit ergibt sich daraus durch eine Multiplikation des Leitwer­ tes Gx mit der von Meßzelle zu Meßzelle gegebenenfalls variierenden Zell­ konstante. In Reihe zum Leitwert Gx liegt die durch Polarisationseffekte bestimmte Polarisationskapazität Cp. Die Kabelkapazitäten Ck liegen pa­ rallel zur symbolhaften Reihenschaltung aus Leitwert Gx und Polarisati­ onskapazität Cp. In die Meßanordnung wird ein Meßstrom I∼ als Wechsel­ strom eingespeist. Über eine Messung der an den beiden Abgriffen 1, 2 der Meßanordnung abfallenden Meßspannung U∼ kann in Verbindung mit dem Meßstrom I∼ der Leitwert Gx ermittelt werden. Die Stromeinspeisung erfolgt dabei mit einer bestimmten Meßfrequenz f.
Der zu ermittelnde Leitwert Gx kann nur dann ohne polarisations- bzw. kabelkapazitätsbedingte Meßfehler gemessen werden, wenn die Größen 1/fCp und fCk gegen Null gehen. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Meßfrequenz weder zu klein noch zu groß sein darf, sondern in einem entsprechenden, jeweils durch die Geometrie der Meßzelle, die Art der zu messenden Flüssigkeit und die Kabel-Zuleitungsbedingungen bestimmten Frequenzbereich liegen muß, in dem sich unabhängig von der Frequenz ein konstanter Leitwert bestimmen läßt.
Der vorstehend erörterte Sachverhalt ist in Fig. 2 schematisch dargestellt, die eine Meßkurve für den Leitwert Gx in logarithmischer Abhängigkeit von der Frequenz f des Meßstromes zeigt. Im niedrigen Frequenzbereich 3 macht sich der Einfluß der Polarisationskapazität Cp bemerkbar, da dort die Größe 1/fCp einen großen Wert annimmt. Der dort gemessene Leitwert ist gegenüber dem tatsächlichen Leitwert Gt der Flüssigkeit zu niedrig.
Im mittleren Frequenzbereich 4 ist die Meßfrequenz f einerseits bereits so hoch, daß die Größe 1/fCp für eine genaue Messung ausreichend nahe bei Null liegt und sich damit die Polarisationskapazitäten nicht mehr bemerk­ bar machen. Andererseits ist die Frequenz in diesem Bereich 4 noch nicht so hoch, daß sich die Kabelkapazitäten Ck bemerkbar machen, da die Größe fCk ausreichend nahe bei Null ist. Im Frequenzbereich 4 wird also ein Leitwert bestimmt, der innerhalb der Meßgenauigkeit dem tatsächlichen Leitwert Gt entspricht.
Im Frequenzbereich 5 machen sich die Kabelkapazitäten derart bemerkbar, daß ein gegenüber dem tatsächlichen Leitwert Gt erhöhter Leitwert bestimmt wird.
Zusammenfassend muß eine von Polarisations- und Kabelkapazitäten unbeeinflußte Messung im mittleren Frequenzbereich 4 erfolgen, dessen Fre­ quenzlage in Abhängigkeit der zu messenden Flüssigkeit, der Geometrie der Meßzelle und der Kabelzuleitungen zur Meßzelle variiert.
Wird nun in Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem in Fig. 4 gezeigten Universal-Meßgerät ein Basis-Wechselstrom mit einer de­ finierten Basisfrequenz f1 in die zu messende Flüssigkeit eingespeist und die an der Flüssigkeit abfallende Basis-Wechselspannung gemessen, wird der Leitwert der Flüssigkeit zu Gf1 bestimmt.
Anschließend wird ein Alternativ-Wechselstrom mit einer zweiten, der Ba­ sisfrequenz f1 benachbarten Alternativfrequenz f2 eingespeist und wiede­ rum die mit diesem Alternativ-Wechselstrom an der Flüssigkeit abfallende Wechselspannung gemessen. Anschließend wird wiederum der Leitwert aus dem Quotienten des eingespeisten Alternativ-Wechselstromes und der gemes­ senen Alternativ-Wechselspannung zu Gf2 bestimmt. Durch einen gerätesei­ tig vorgenommenen Vergleich der beiden ermittelten Leitwerte Gf1 und Gf2, die in diesem Falle innerhalb der Meßgenauigkeit gleich sind, wird er­ kannt, daß eine von Polarisations- und Kabelkapazitäten unbeeinflußte Messung erfolgt ist, also im "richtigen" Frequenzbereich gemessen wurde. Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die Frequenzen f1 und f2 bei 100 Hz und 80 Hz liegen.
Wird das vorstehend erörterte Verfahren mit einem Basis-Wechselstrom mit einer Frequenz f3 von beispielsweise 1 kHz - also im "falschen" Frequenz­ bereich - durchgeführt, so wird der entsprechende Leitwert zu Gf3 be­ stimmt (Fig. 2). Bei Einspeisung des Alternativ-Wechselstromes mit einer Frequenz f4 von beispielsweise 800 Hz wird der Leitwert zu Gf4 bestimmt. Durch einen geräteseitig vorgenommenen Vergleich von Gf3 und Gf4 wird ermittelt, daß sich die beiden Leitwerte unterscheiden. Als Kriterium für das Vorliegen einer durch die erörterten Einflüsse verfälschten Messung kann beispielsweise ein Unterschied von mindestens 2% in den Meßwerten herangezogen werden. Durch dieses Kriterium erkennt das Gerät, daß eine Fehlmessung vorliegt und es kann eine entsprechende Fehlermeldung aus­ geben.
Alternativ dazu kann gerateseitig eine weitere Messung mit einer weite­ ren, von der ersten Alternativfrequenz f4 um den gleichen Betrag, jedoch in die entgegengesetzte Richtung von der Basisfrequenz f3 abweichenden Alternativfrequenz f5 vorgenommen und der zugehörige Leitwert Gf5 be­ stimmt werden. Da der Unterschied zwischen den Leitwerten Gf5 und Gf3 größer ist als der zwischen den Leitwerten Gf3 und Gf4 kann das Gerät aufgrund dieses Verfahrens erkennen, daß die Messung in dem Frequenz­ bereich 5 zu hoher Frequenz vorgenommen wurde, in dem die Frequenz- Leitwert-Kennlinien zu höheren Frequenzen progressiv ansteigt. Dies ist der Bereich, in dem sich die Kabelkapazitäten auswirken.
Aufgrund dieser Information kann nach der erfolgten Fehlererkennung die Messung mit einer verringerten Basisfrequenz, also beispielsweise f1, und einer entsprechend angepaßten Alternativfrequenz, also beispielsweise f2 wiederholt werden, wobei dann die Messung wie oben beschrieben als feh­ lerfrei erkannt werden kann. Dieser Vorgang kann sich gegebenenfalls mehrmals wiederholen, bis die Messung als fehlerfrei erkannt wird.
Analog den vorstehenden Ausführungen zu den Messungen mit den Fre­ quenzen f3 und f4 ist auch in dem von den Polarisationskapazitäten be­ einflußten Frequenzbereich 3 eine entsprechende Fehlererkennung bei einer Messung mit einer Basisfrequenz f6 und einer entsprechenden Alterna­ tivfrequenz f7 möglich, die im Bereich von z. B. 50 Hz und 40 Hz liegen.
Anhand von Fig. 3 ist zu erläutern, wie das erfindungsgemäße Verfahren in einer bevorzugten Weiterbildung auch bei sich zeitlich schnell ändern­ den Leitwerten der zu messenden Flüssigkeit einsetzbar ist. Fig. 3 zeigt ein solches Leitwertdiagramm, bei dem der Leitwert G mit der Zeit T relativ schnell ansteigt. Es wird nun in konstanten Zeitabständen ΔT alternierend mit einer konstanten Basisfrequenz fb und einer zugeordne­ ten, konstanten Alternativfrequenz fa gemessen, und zwar mit der Basis­ frequenz fb zu den Zeitpunkten T1 und T3 sowie mit der Alternativfre­ quenz fa zu den Zeitpunkten T2 und T4. Die entsprechenden Leitwerte Ga und Gb werden geräteseitig gespeichert und zu einer Differenzbildung der mit der Basisfrequenz fb bzw. der Alternativfrequenz fa ermittelten Leit­ fähigkeitswerte Gb bzw. Ga herangezogen. Die auf die Basisfrequenz fb bezogene Leitfähigkeitsdifferenz ΔGb = Gb(T3)-Gb(T1) und die der Alter­ nativfrequenz fa zugeordnete Leitfähigkeitsdifferenz ΔGa = Ga(T4)-Ga(T2) werden für eine näherungsweise Mittelwertbildung gemaß der Beziehung
ΔGΔ T = (ΔGb + ΔGa)/4
herangezogen, um so die sich pro konstantem Zeitabstand ΔT ergebende absolute Leitfähigkeitsänderung ΔGΔ T zu bestimmten. Diese absolute Leit­ fähigkeitsänderung ΔGΔ T kann in den Vergleich der mit Basis- bzw. Alternativfrequenz fb, fa ermittelten Leitfähigkeitswerte als Korrekturwert rechnerisch einbezogen werden, so daß auch bei sich zeitlich schnell ändernden Leitfähigkeiten zuverlässig abgeschätzt werden kann, ob mit einer "richtigen" oder "falschen" Basisfrequenz fb gemessen wurde.
In Fig. 4 ist ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenes Meß­ gerät in Form eines Blockschaltbildes dargestellt.
Zentrales Teil ist die Mikroprozessoreinheit 6, die in üblicher Weise auf­ gebaut ist und als Steuereinheit für den gesamten Meßablauf, als Auswer­ teeinrichtung zur Ermittlung der Leitwerte der zu messenden Flüssigkeit und zur entsprechenden Verarbeitung dieser Leitwerte zur Fehlererkennung sowie als Ansteuereinheit eines in der Mikroprozessor-Einheit integrierten Frequenzgebers 7 dient. Die Mikroprozessor-Einheit 6 ist dabei mit einer üblichen Eingabe- und Anzeigeeinheit 8 versehen und wird mit einem ent­ sprechenden Steuerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens betrieben.
Weiterhin ist der Meßvorrichtung eine Meßzelle 9 zur Aufnahme der zu messenden Flüssigkeit 10 zugeordnet. In Fig. 4 ist die einzige Meßzelle 9 der Übersichtlichkeit halber doppelt eingezeichnet. In der Meßzelle 9 sind in üblicher Weise zwei Elektroden 11, 12 zur Einspeisung des Meßstromes angeordnet. Letzterer wird von der Endstufe 13 erzeugt, deren Ausgänge 14 über Widerstände 15 zur Begrenzung des Zellenstromes bei großer Leit­ fähigkeit mit den Elektroden 11, 12 verbunden sind. Eingangsseitig ist die Endstufe 13 mit dem Frequenzgeber 7 verbunden, so daß mittels der Endstufe 13 Meßströme I∼ in Rechteckform mit einer Basis- fb bzw. Al­ ternativfrequenz fa erzeugbar sind. Dabei wird der Frequenzgeber 7 so von der Mikroprozessor-Einheit 6 gesteuert, daß sich Basis- und Alterna­ tivfrequenz fb bzw. fa in einer Größenordnung von 20% unterscheiden und mit einer Taktdauer im Bereich zwischen 0,5 Sekunden und 2 Sekunden - vorzugsweise 1 Sekunde - der Endstufe 13 zugeführt werden. Alternativ kann der Frequenzgeber 7 auch so angesteuert werden, daß der Basis- und Alternativ-Wechselstrom gleichzeitig als Meßstrom mit einem sich aus der Überlagerung von Basis- und Alternativfrequenz fb bzw. fa ergeben­ den Frequenzgemisch in die Meßzelle G eingespeist werden.
Der Meßstrom wird über einen variablen Shunt 16 mit dem Verstärker 17 gemessen und mit dem dem Verstärker 17 nachgeschalteten Synchrongleich­ richter 18 in eine äquivalente Gleichspannung umgeformt. Zur Synchron­ gleichrichtung wird die vom Frequenzgeber 7 erzeugte Frequenz dem Syn­ chrongleichrichter 18 als Synchronisierungssignal zugeführt.
Die an der Meßzelle 9 abfallende Wechselspannung U∼ wird mit Hilfe des Verstärkers 19 als Meßeinrichtung erfaßt und wiederum über einen nach­ geschalteten Synchrongleichrichter 20 in eine äquivalente Gleichspannung umgeformt. Der Synchrongleichrichter 20 ist ebenfalls mit dem Frequenzge­ ber 7 gekoppelt, um dessen Ausgangsfrequenz als Synchronisierungssignal zuzuführen.
Da der Leitwert der Flüssigkeit 10 in der Meßzelle temperaturabhängig ist, ist die Meßvorrichtung mit einer Temperaturerfassungseinrichtung 21 versehen, die im wesentlichen einen Spannungsteiler bestehend aus einem Festwiderstand 22 und einem temperaturabhängigen Platin-100-Widerstand 23 sowie eine Konstantspannungsquelle 24 aufweist. Am Mittenabgriff 26 des Spannungsteilers wird ein der Temperatur der Flüssigkeit 10 in der Meßzelle 9 entsprechendes Potential UPt100 abgegriffen, durch dessen Vergleich mit dem Referenzpotential URef am Einspeisungspunkt 25 die Temperatur der Flüssigkeit 10 erfaßbar ist. Die Synchrongleichrichter 18, 20, der Einspeisungspunkt 25 und der Mittenabgriff 26 des Spannungstei­ lers aus sind über einen Multiplexer 27 und einen Analog-Digital-Wandler 28 mit dem Signaleingang 29 der Mikroprozessor-Einheit 6 verbunden. Durch eine entsprechende Auslegung des in der Mikroprozessor-Einheit 6 gespeicherten und darin ablaufenden Steuer- und Meßprogramms der Meß­ vorrichtung kann diese entsprechend dem eingangs beschriebenen Verfah­ ren betrieben werden, um so den Leitwert der Flüssigkeit 10 bzw. bei ei­ ner entsprechenden Umrechnung mit der Zellenkonstante dessen Leitfähig­ keit zu messen und gleichzeitig zu erkennen, ob die Messung durch Pola­ risations- oder Kabelkapazitäten verfälscht ist.

Claims (15)

1. Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssig­ keiten, insbesondere von Elektrolyten mit folgenden Verfahrensschritten:
  • - Einspeisen eines Basis-Wechselstromes mit einer definierten Basisfrequenz (fb, f1, f3, f6) in die Flüssigkeit (10),
  • - Messung der mit diesem Basis-Wechselstrom am Elektrolyten abfallenden Basis-Wechselspannung und
  • - Bestimmung der Leitfähigkeit (Leitwerte Gf1, Gf3, Gf6) aus dem Quotien­ ten des eingespeisten Basis-Wechselstromes und der gemessenen Basis- Wechselspannung,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Einspeisen eines Alternativ-Wechselstromes mit einer zweiten, der Ba­ sisfrequenz (fb, f1, f3, f6) benachbarten Alternativ-Frequenz (fa, f2, f4, f5, f7),
  • - Messung der mit diesem Alternativ-Wechselstrom an der Flüssigkeit (10) abfallenden Alternativ-Wechselspannung,
  • - Bestimmung der Leitfähigkeit (Leitwerte Gf2, Gf4, Gf5, Gf7) der Flüssig­ keit (10) aus dem Quotienten des eingespeisten Alternativ-Wechselstromes und der gemessenen Alternativ-Wechselspannung und
  • - Vergleichen der beiden mit der Basis- und Alternativ-Frequenz (fb, f1, f3, f6 bzw. fa, f2, f4, f5, f7) ermittelten Leitfähigkeitswerte (Leitwerte Gf1, Gf2, Gf3, Gf4, Gf5, Gf6, Gf7) zur Erkennung von Fehlmessungen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich Basis- und Alternativfrequenz (fb, f1, f3, f5 bzw. fa, f2, f4, f5, f7) in einer Größenordnung von 20% unterscheiden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Basis- und Alternativ-Wechselstrom mit einer Taktdauer im Bereich zwischen 0,5 Sekunden und 2 Sekunden abwechselnd in die Flüssigkeit (10) einge­ speist werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Basis- und Alternativ-Wechselstrom mit einer Taktdauer im Bereich der Dauer einer bis einiger weniger Perioden des Basis- und Alternativ-Wechsel­ stromes abwechselnd in die Flüssigkeit (10) eingespeist werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Basis- und Alternativ-Wechselstrom gleichzeitig als Meßstrom mit einem sich aus der Überlagerung von Basis- und Alternativfrequenz (fb, f1 f3, f5 bzw. fa, f2, f4, f5, f7) ergebenden Frequenzgemisch eingespeist werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in konstanten Zeitabständen (ΔT) alternierend mit einer konstanten Basisfrequenz (fb) und einer zugeordneten konstanten Alternativfrequenz (fa) gemessen und die Leitfähigkeitsdifferenzen (Leitwertdifferenz ΔGb, ΔGa) der mit der Basisfrequenz (fb) bzw. der Alternativfrequenz (fa) er­ mittelten Leitfähigkeitswerte (Gb bzw. Ga) gebildet, durch eine nähe­ rungsweise Mittelwertbildung aus diesen Leitfähigkeitswerten die sich pro konstantem Zeitabstand (ΔT) ergebende absolute Leitfähigkeitsänderung (Leitwertsänderung ΔGΔ T) bestimmt und in den Vergleich der mit Basis- bzw. Alternativfrequenz (fb, fa), ermittelten Leitfähigkeitswerte als Korrekturwert einbezogen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Basis- und Alternativ-Wechselstrom als Rechteck-Ströme eingespeist werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer erfolgten Fehlererkennung die Messung mit einer verän­ derten Basis-Frequenz (fb, f1, f3, f6) und einer entsprechend angepaßten Alternativ-Frequenz (fa, f2, f4, f5, f7) gegebenenfalls mehrmals wieder­ holt wird, bis die Messung als fehlerfrei erkannt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Falle einer erkannten Fehlmessung mindestens eine wei­ tere Messung mit einer weiteren, von der ersten Alternativfrequenz (f4) abweichenden Alternativfrequenz (f5) vorgenommen wird, um die Art des der Fehlmessung zugrundeliegenden Meßfehlers zu bestimmen.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, mit
  • - einer Meßzelle (9) zur Aufnahme der zu messenden Flüssigkeit (10),
  • - einer frequenzveränderlichen Wechselstromquelle (Endstufe 13) zur Einspeisung des Basis- bzw. Alternativ-Wechselstromes in die Meßzelle (9),
  • - einem Frequenzgeber (7) zur Erzeugung der Basis- bzw. Alternativ-Fre­ quenz (fb, f1, f3, f6) für die Wechselstromquelle (Endstufe 13),
  • - einer Meßeinrichtung (Shunt 16, Verstärker 17) zur Messung des in die Meßzelle (9) eingespeisten Wechselstromes,
  • - einer Meßeinrichtung (Verstärker 19) zur Messung der an der Meßzelle (9) abfallenden Wechselspannung,
  • - einer mit den Meßeinrichtungen (Shunt 16, Verstärker 17, 19) gekoppel­ ten Auswerteeinrichtung (Mikroprozessor-Einheit (6) zur Ermittlung der mit der Basis- bzw. Alternativ-Frequenz (fb, f1 usw.) gemessenen Leit­ fähigkeitswerte der Flüssigkeit und zum Vergleich dieser beiden Leit­ fähigkeitswerte.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fre­ quenzgeber mit einer Ansteuereinheit (Mikroprozessor-Einheit 6) zur zeit­ lichen und größenmäßigen Steuerung dessen Ausgangsfrequenz (Basis- und Alternativfrequenz fb, f1 usw.) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung und die Ansteuereinheit von einer Mikroprozes­ sor-Einheit (6) gebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Meßeinrichtungen (Shunt 16, Verstärker 17, 19) für den eingespeisten Wechselstrom bzw. die an der Meßzelle abfallende Wechsel­ spannung Synchrongleichrichter (18, 20) nachgeschaltet sind, denen die Ausgangsfrequenz (Basis- und Alternativfrequenz fb, f1 usw.) des Fre­ quenzgebers (7) als Synchronisierungssignal zugeführt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchrongleichrichter (18, 20) ausgangsseitig über einen Multiplexer (27) und einen Analog-Digital-Wandler (28) mit dem Signaleingang (29) der Mikroprozessor-Einheit (6) verbunden sind.
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