DE854684C - Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfaehigkeit - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfaehigkeit

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DE854684C
DE854684C DEP22323D DEP0022323D DE854684C DE 854684 C DE854684 C DE 854684C DE P22323 D DEP22323 D DE P22323D DE P0022323 D DEP0022323 D DE P0022323D DE 854684 C DE854684 C DE 854684C
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/023Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil

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Description

  • Verfahren zur Bestimmung der elektrisdhen Leitfähigkeit Es ist bekannt, die elektrische Leitfähigkeit von Stoffen mit Hilfe der Wechselstrombrücke zu messen. Zur Bestimmung der Leitfähigkeit von Elektrolyten werden diese dabei in sogenannte Leitfähigkeitsmeßgefäße eingebracht, in denen platinierte Platinelektroden möglichst großer Oberfläche angeordnet und in die Wechselstrombrücke eingeschaltet sind. Diese Methode hat den Nachteil, daß die Messungen durch die Benutzung von Elektroden beeinflußt werden.
  • Es ist weiterhin schon vorgeschlagen worden, die Leitfähigkeit einer Materie dadurch zu bestimmen, daß die Hochfrequenzverluste einer Spule, deren magnetisches Feld die zu untersuchende Materie enthält, ohne Elektroden gemessen werden. Dieses Verfahren hat mehrere Vorteile, die im wesentlichen darauf beruhen, daß die Verwendung von Elektroden und damit alle durch die Elektroden bedingten Störungen und Schwierigkeiten entfallen.
  • Bei dem Verfahren der Messung der Hochfrequenzverluste können je nach der Methode Zweideutigkeiten der Meßergebnisse auftreten, die zwar bei Substitutionsmessungen im allgemeinen nicht stören, die aber bei anderen Messungen von Nachteil sein können. Die Hauptursache der Zweideutigkeit der Messung sei an Hand eines schematischen Beispiels erläutert.
  • Eine Induktivität mit Wirbelstromverlusten ist als ein Transformator anzusehen, dessen Sekundär- wicklung mit einem von der Leitfähigkeit der Materie, in dem die Wirbelströme entstehen, abhängigen Widerstand belastet ist. Die Leistungsübertragung eines Transformators besitzt .bei Anderung der Belastung zwischen Leerlauf und Kurzschluß ein Maximum.
  • Dies bedeutet in Übertragung auf das Verfahren zur Messung der Leitfähigkeit durch Bestimmung der Hochfrequenzverluste, daß bei zwei vetschiedenen Leitfähigkeiten derselbe dämpfende Effekt auftritt, d. h. ein gemessener Wert kann zwei verschiedene Leitfähigkeiten anzeigen.
  • Der Erfindung liegt nun, um zu einer Eindeutigkeit der Anzeige zu kommen, der Gedanke zugrunde, außer der dämpfenden Wirkung nodh andere Einwirkungen der Wirbelströme, die in dem Feld der Meßvorrichtung im Medium entstehen, zu bestimmen. Die Erfindung besteht darin, daß außer der Dämpfungsmessung die Größe der Änderung der Induktivität der Meßspule zur Bestimmung der Leitfähigkeit herangezogen wird. Dies hat den Vorteil, daß die eindeutige Zuordnung der Messung gegeben ist und daß man zwischen zwei Fäller gleicher Dämpfung den der tatsächlich vorliegenden Leitfähigkeit feststellen kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden.
  • Eine Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß zur Beurteilung der größeren Leitfähigkeit bestimmt wird, ob die in der Schwingsehaltung auftretende Frequenz größer oder kleiner als die bei der Maximal dämpfung auftretende Frequenz ist.
  • Hierzu kann, da die verwendeten Schaltungen eine frequenzabhängige Kopplung besitzen, die Schwingungsamplitude durch einen Indikator gemessen werden, der nur für tiefere Frequenz als die kritische empfindlich ist. Naturgemäß kann die Schwingungsamplitude aber auch durch einen Indikator gemessen werden, der nur für höhere Frequenzen als die kritische empfindlich ist. Der Indikator sei an Hand des Prinzipschemas in Abb. I und 2 dargestellt. Die Abb. I zeigt einen Indikator, der nur für tiefere Frequenz, Abb. 2 einen Indikator, der nur für höhere Frequenz als die kritische anzeigt.
  • Es ist vorteilhaft, dieser Schaltung durch entsprechende Verfügung über die Lage der Dämpfungspole einen sehr steilen Dämpfungsanstieg jenseits der Grenzfrequenzen zu geben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch derart durchgeführt werden, daß die Rückkopplung einer Schwingschaltung entweder nur bei höherer oder nur bei tieferer als der kritischen Induktivität wirksam ist. Dieses Verfahren sist in erster Linie für eine Schwingaudionmessung zur Sicherung einer eindeutigen Anzeige geeignet. Bei dem Verfahren wird die Rückkopplung so dimensioniert, daß sich bei zu kleinen oder zu großen Induktivitäten keine Schwingungen erregen können.
  • Zur Erläuterung der Schaltungsmöglichkeiten von Generatorschaltungen, wie die Rückkopplungsschaltungen oder die sogenannten negativen Widerstände, Dynatron, Lichtbogen usw., kann folgendes dienen: Die von einer aus einem rückgekoppelten Verstärker oder einer anderen selbsterregbaren Schaltung hervorgebrachte Schwingungsamplitude ist darstellbar als Funktion des Verstärkungsgrades und des Rückkopplungsfaktors, die sich aus den allgemeinen Selbsterregerbedingungen KV = I berechnen läßt, wenn man K und V nach Amplitude und Phase kennt. So läßt sich von der Dämpfung oder der Phasendrehung oder beiden eines der Schaltelemente abhängig machen, indem man mit diesem Schaltelement entweder den Rückkopplungsgrad oder den Verstärkungsfaktor oder beide steuert. Dann wird also eine gewisse Funktion der beiden Variablen, Dämpfung und Phasendrehung, direkt angezeigt. Ist entweder diese Verbindung bedeutungsvoll oder sind die beidenVariablen, Dämpfung und Phasendrehung, Funktionen einer Urvariablen, nämlich der zu messenden Größe, so ermöglicht die Schaltung ein brauchbares Meßverfahren. Dabei kann das Schaltelement entweder im Eingangs- oder Ausgangskreisverstärker oder Generator oder auch in den Rückkopplungsweg eingebaut sein.
  • Die Anzeige der verschiedenen Leitfähigkeitswerte kann in bekannter Weise durch Messung der Amplitude des Generators z. B. über den Anodenstrom (Audioneffekt) oder durch eine besondere Röhrenvoltmeter- oder Detektorschaltung erfolgen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand mehrerer Prinzipschaltungen erläutert.
  • Abb. 3 zeigt eine Schaltung mit loser sekundärer Rückkopplung. Zur Entstehung einer Schwingung ist notwendig, daß die beiden Schwingungskreise 1 und 2 induktiv sind, wenn die Rückkopplung durch einen richtig gepolten Transformator vorgenommen wird. Die Frequenz wird im wesentlichen durch den Anodenschwingungskreis 2 bestimmt. Die erzeugte Frequenz wächst mit zunehmender Gleitfähig keit. Ist nun die Abstimmung des Gitterkreises so gewählt, daß beim Wachsen der Frequenz die Resonanzlage überschritten wird, so ändert sich die Phasenlage der Rückkopplung um 1800, und die Schwingung reißt ab. Bei umgekehrter Polung des Transformators wäre erst in diesem Fall die Selbsterregungsbedingung erfüllt, und es würden sich erst bei größeren Leitfähigkeiten Schwingungen erregen lassen. Es ist natürlich gleichgültig, ob die Kopplung induktiv oder kapazitiv oder als sogenannte innere Rückkopplung über die Gitteranodenkapazität der Röhre (Huth-Kühn-Schaltung) erfolgt.
  • Ähnliche Wirkungen lassen sich auch mit Dreipunktschaltungen erzielen, bei denen in erster Linie Größenbeziehungen und nicht, wie bei der eben beschriebenen Schaltung, Phasenbeziehungen ausgenutzt werden.
  • Die Abb. 4 zeigt eine Rückkopplungsschaltung, bei der die Stärke der Rückkopplung durch das Verhältnis Lg und die Verstärkung durch den Re-La sonanzwiderstand des aus Lg, La und C bestehenden Kreises gegeben ist. Lg sei die Meßspule: dann nehmen beide Großen mit wachsender Leitfähigkeit zunächst ab, wobei die Größen von Lg und La so zu wählen sind, daß die Schwingung spätestens bei Erreichen der kritischen Frequenz aufhört. Da die Induktivität später nicht wieder wächst, lebt die Schwingung nicht wieder auf.
  • Die .-2usführungsform nach Abb. 5 zeigt eine Schaltung, bei der.ll oder L als Meßspule eingeschaltet sind. Da hei Il=o der Rückkopplungsfaktor= Cist, nimmt er mit wachsender Frequenz K stark ah, da die Kapazität K durch eine Serienschaltung von 111 und K ersetzt ist, deren kapazitiver Widerstand mit zunehmender Frequenz kleiner und schließlich induktiv wird. Bei induktivem Widerstand sind die Selbsterregungsbedingungen nicht mehr erfüllt. Die Schwingung reißt jedoch schon vorher ab, da der kapazitive Widerstand im Gitterkreis zu klein wird.
  • Die Al)l). 6 und 7 zeigen zwei andere Schaltungen. Bei der Schaltung nach Abb. 6 muß die Parallelschaltung K, J kapazitiv sein, d. h. M darf eine gewisse Größe nicht unterschreiten, während bei der Schaltung nach RAbb. 7 die Parallelschaltung K, M induktiv sein muß.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Rückkopplungsschaltung vorteilhaft durchgeführt werden, die einen mehrstufigen Röhrenverstärker enthält. Dadurch wird die Meßempfindlichkeit gesteigert. Die Dimensionierung ist einfach mit bekannten MittelnLclurchzufiilhren, weil die einzelnen Eigenschaften auf getrennte Schaltelemente verteilt werden können. So ergibt sich eine bequeme Regelung von Rückkopplung und Verstärkung.
  • Das ersindungsgemäße Verfahren kann weiterhin so durchgeführt werden, daß die einfachen Schaltelemente, Spulen und Kondensatoren, in an sich bekannter Weise durch Netzwerke ersetzt werden, wodurch ebenfalls etwa gewünschte Frequenzcharakteristiken leichter realisiert werden können.
  • PATENTANSPREFCHF I. Verfahren zur elektrodenlosen Bestimmung der Leitfähigkeit eines Mediums durch Messung der Hochfrequenzverluste im Medium, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Dämpfungsmessung die Größe der Änderung der Induktivität der Meßspule zur Bestimmung der Leitfähigkeit herangezogen wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beurteilung der Größe der Leitfähigkeit bestimmt wird, ob die in der Schw ingschaltung auftretende Frequenz größer oder kleiner als die bei der Maximaldämpfunbr auftretende kritische Frequenz ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitude durch einen Indikator gemessen wird. der nur für tiefere Frequenz als für die kritische empfindlich ist.
    4. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitude durch einen Indikator gemessen wird, der nur für höhere Frequenzen als die kritische empfindlich ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung der Schwingschaltung entweder nur bei höheren oder nur bei tieferen als der kritischen Induktivität wirksam ist.
    6. Verfahren nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen mehrstufigen Röhrenverstärker enthält.
    7. Verfahren nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daR einfache Schaltelemente durch Netzwerke ersetzt werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1023817B (de) * 1955-02-22 1958-02-06 British Aluminium Co Ltd Schaltungsanordnung zur Messung der elektrischen Leitfaehigkeit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1023817B (de) * 1955-02-22 1958-02-06 British Aluminium Co Ltd Schaltungsanordnung zur Messung der elektrischen Leitfaehigkeit

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