NL1011540C2

NL1011540C2 - Meetcel voor het meten van de geleidbaarheid van vloeistoffen en werkwijze voor het meten van de geleidbaarheid van een vloeistof.

Info

Publication number: NL1011540C2
Application number: NL1011540A
Authority: NL
Inventors: Josephus Georgius Mari Grinten; Cornelia Elizabeth Boot; Charles Martin Euduard Peters; Hans Alphonsius Mari Steijaert; Theodoor Lein Hafkenscheid; Andreas Adrianus Mari Trarbach
Original assignee: Nmi Van Swinden Lab B V
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-10-03
Also published as: WO2000055611A3; WO2000055611A2

Description

Meetcel voor het meten van de geleidbaarheid van vloeistoffen en werkwijze voor het meten van de geleidbaarheid van een vloeistof

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een meetcel voor het meten van de geleidbaarheid van vloeistoffen, welke meetcel voorzien is van twee tegenover elkaar geplaatste buitenste elektroden, van een eerste stroombron, 5 van een referentie-elektrode en van een spanningsmeter.

Metingen van de geleidbaarheid vinden onder meer toepassing in baden waarin metaal wordt gereinigd, bij het detecteren van lekken in warmtewisselaars, in 'Cleaning in 10 Place' (CIP) installaties, in demineralisatie - installaties, bij vloeistof-interface detectie, concentratiemetin-gen van zouten en andere opgeloste stoffen in koelwater, vloeistofscheiding in osmoseprocessen, het bewaken van ketelwater, metingen in afvalwater, het besparen van 15 chemicaliën door het meten van de overdosis, concentratie-metingen van zuren en basen, voor het vaststellen van de zuiverheid van water voor toepassingen bij de bereiding van farmaca en voedsel, voor het vaststellen van verontreiniging van grondwater, enzovoort. Dergelijke metingen 20 worden uitgevoerd door een zogenaamde geleidbaarheidsom-vormer omvattende een universele meetversterker, een meetcel met twee elektroden die met de meetversterker zijn verbonden, en een referentieweerstand waarmee de gemeten 101 15 4 0 2 weerstand (geleidbaarheid) wordt vergeleken. Deze omvormer kan verder voorzien zijn van een microprocessor waarmee alle benodigde instellingen automatisch worden geregeld.

5 Gebruikelijk worden geleidbaarheidswaarden aangegeven voor een kolom vloeistof van 1 cm3, dat wil zeggen een kolom van 1 x 1 x 1 cm. De specifieke geleidbaarheid wordt gevonden door de geleidbaarheid te vermenigvuldigen met de celcon-stante, gedefinieerd als de afstand tussen de elektroden 10 gedeeld door het oppervlak van de elektroden.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een meetcel en meetmethode voor het meten van de geleidbaarheid van vloeistoffen te verschaffen met in vergelijking met de 15 bekende meetcellen respectievelijk meetprincipes een aanzienlijk lagere onzekerheid, waarmee tevens lagere ge-leidbaarheden op herleidbare wijze gemeten kunnen worden.

Hiertoe wordt een meetcel van de boven beschreven soort 20 volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de meetcel verder voorzien is van een geperforeerde elektrode verplaatsbaar geplaatst tussen de twee buitenste elektroden, van een tweede stroombron, waarbij de eerste en tweede stroombron een eerste respectievelijk een tweede stroom aanleggen 25 tussen de buitenste elektroden en de geperforeerde elektrode, van verplaatsingsmiddelen voor het naar verschillende posities verplaatsen van de geperforeerde elektrode, en van schakelmiddelen voor het schakelen tussen de eerste en tweede stroom tussen de buitenste elektroden en de 30 geperforeerde elektrode, waarbij de elektroden, de stroombronnen, de spanningsmeter en de schakelmiddelen zich in een circuit bevinden.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een 35 werkwijze voor het meten van de geleidbaarheid van een cilinder van vloeistof die zich bevindt tussen de buitenste elektroden, waarbij een meetcel volgens de uitvinding 101 1540 3 gebruikt wordt, in welke werkwijze vier metingen worden uitgevoerd, waarbij de positie van de geperforeerde elektrode in elk van metingen (ii) X(ii) is, waarbij in twee van de vier metingen de eerste stroom aangelegd wordt en de 5 referentie-elektrode zich aan een zijde van het elektrische circuit bevindt, en in de andere twee metingen de tweede stroom aangelegd wordt en de referentie-elektrode (Rref) zich aan de ander zijde van het elektrische circuit bevindt, waarbij in elk van de metingen de geperforeerde 10 elektrode zodanig gepositioneerd wordt om een nulspan-ningsuitlezing op de spanningsmeter te veroorzaken, en waarbij de specifieke geleidbaarheid wordt bepaald door de formule: K _ t-^(3.1) ~ -^(12)] + ^(21) ~ -^(22)]

Kr2Rzef waarbij r de straal van de cilinder is.

15

Door de inventieve meetcel en de inventieve werkwijze kunnen onzekerheidsbronnen zoals polarisatie en elektrode-vervuiling geëlimineerd worden.

20 Andere bronnen van meetonnauwkeurigheid, zoals elektrische stromen, het niet parallel zijn van de elektrische veld-lijnen in de cilinder en invloeden van externe velden worden geminimaliseerd of geëlimineerd door het toepassen van een mechanisch concept met een zeer hoge axiale en 25 radiale symmetrie, afscherming van de cilinder om een Faraday kooi te verkrijgen en het gebruik van twee zeer stabiele stroombronnen met stromen die binnen 0,1% aan elkaar gelijk zijn. 1 1011540

Enige uitvoeringen van een meetcel en een werkwijze voor het meten van de geleidbaarheid van een vloeistof volgens de onderhavige uitvinding zullen hierna bij wijze van voorbeeld beschreven worden aan de hand van de tekening. Hierin tonen: 4

Figuren 1 tot en met 4 elk een verschillende meetpositie van de meetcel volgens de onderhavige gebruikt voor het meten van de geleidbaarheid van een vloeistof.

5 Een meetcel voor het meten van de geleidbaarheid van vloeistoffen volgens de onderhavige uitvinding is in vier verschillende meetposities getoond in de figuren 1 tot en met 4. De meetcel bevat twee tegenover elkaar geplaatste buitenste elektroden 1, 2. Een referentie-elektrode Rref en 10 een spanningsmeter 3 zijn voorzien voor het bepalen van de geleidbaarheid van een te meten vloeistofkolom 4 die zich tussen de buitenste elektroden 1, 2 in bevindt. De cilinder heeft een straal r.

15 De meetcel heeft verder een geperforeerde elektrode 5, die verplaatsbaar geplaatst is tussen de twee buitenste elektroden 1, 2. De geperforeerde elektrode 5 verdeeld de cilinder in twee compartimenten die met elkaar in contact staan. Een eerste 6 en een tweede 7 stroombron zijn in 20 staat tot het aanleggen van een eerste respectievelijk een tweede stroom tussen de buitenste elektroden 1, 2 en de geperforeerde elektrode 5. De spanningsmeter, bijvoorbeeld een spanningsmeter met hoge nauwkeurigheid, wordt gebruikt om een situatie van een spanningsverschil van nul tussen 25 de twee compartimenten van de cilinder te bepalen.

Verder omvat de meetcel (niet weergegeven) verplaatsings-middelen voor het naar verschillende posities tussen de buitenste elektroden 1, 2 verplaatsen van de geperforeerde 30 elektrode 5. Voor deze verplaatsingsmiddelen kunnen tal van voor de vakman beschikbare verplaatsingsmiddelen gebruikt worden. Verder bevat de meetcel op zich bekende schakelmiddelen voor het schakelen tussen de eerste en tweede stroom tussen de buitenste elektroden 1, 2 en de 35 geperforeerde elektrode 5.

De elektroden 1, 2, 5, de stroombronnen 6, 7, de span- 1011540 5 ningsmeter 3 en de schakelmiddelen bevinden zich in een circuit dat schematisch in de figuren is weergegeven.

De onderhavige uitvinding verschaft een hoofdstandaard 5 voor de meting van de geleidbaarheid van vloeistoffen, met de nadruk op een lage onzekerheid in de metingen, waarmee tevens lage geleidbaarheden (i.e. < 25 μΞ/αχη) op herleid bare wijze meetbaar zijn.

10 De meting van de geleidbaarheid van vloeistoffen wordt uitgevoerd door het meten van de lengte L van een cilinder 4 van de vloeistof die een weerstand heeft die afleidbaar is van de referentieweerstand Rref, die bij voorkeur een waarde heeft met een onzekerheid «= 0,00001%. De specifieke 15 geleidbaarheid κ van de vloeistof wordt dan berekend uit deze weerstand R en uit de straal r van de cilinder, die met een onzekerheid van 0,0005% bekend kan zijn, aan de hand van de formule:

L

R.n.r2

Een volledige meting bestaat uit een serie van vier metin-20 gen, waarin de stroombronnen 6, 7 en de referentieweer stand Rref geherpositioneerd worden in de linker en rechter zijden van het circuit, zoals getoond in de figuren 1 tot en met 4. In elk van de metingen wordt de centrale geperforeerde elektrode 5 gepositioneerd om een spanningsuitle-25 zing van nul te geven, waarna de positie Xu, X12, X21, X22 van de geperforeerde elektrode 5 wordt bepaald. De verkregen posities worden dan gebruikt om de specifieke geleidbaarheid van de vloeistof te berekenen volgens:

x = —L

R.n.r2

Op deze manier worden onzekerheidsbronnen zoals polarisa-30 tie en elektrodevervuiling geëlimineerd.

De onzekerheid van de meting volgens de onderhavige uit- 101 1540 6 vinding is in principe afhankelijk van de onzekerheid in de nulspannings-meting noodzakelijk om de vloeistof en de referentieweerstand te vergelijken en van de onzekerheid in de lengtemeting zelf. Een onzekerheid van 0,001% is 5 dientengevolge haalbaar, hetgeen een grootte-orde lager is dan de laagste bekende onzekerheid.

Het is op zich bekend om de temperatuurstabiliteit nodig voor het uitvoeren van de metingen te verkrijgen door 10 bekende externe thermostabilisering van de cilinder en door het plaatsen van het volledige meetsysteem in een incubator met een temperatuurstabiliteit beter dan 0,004%. Dergelijke en andere voor de werking van de meetcel bekende onderdelen worden voor de eenvoud van beschrijving hier 15 niet in detail beschreven.

1011540

Claims

1. Meetcel voor het meten van de geleidbaarheid van vloeistoffen, welke meetcel voorzien is van twee tegenover elkaar geplaatste buitenste elektroden, van een eerste stroombron, van een referentie-elektrode en van een span- 5 ningsmeter, met het kenmerk, dat de meetcel verder voorzien is van een geperforeerde elektrode verplaatsbaar geplaatst tussen de twee buitenste elektroden, van een tweede stroombron, waarbij de eerste en tweede stroombron een eerste respectievelijk een tweede stroom aanleggen 10 tussen de buitenste elektroden en de geperforeerde elektrode, van verplaatsingsmiddelen voor het naar verschillende posities verplaatsen van de geperforeerde elektrode, en van schakelmiddelen voor het schakelen tussen de eerste en tweede stroom tussen de buitenste elektroden en de 15 geperforeerde elektrode, waarbij de elektroden, de stroombronnen, de spanningsmeter en de schakelmiddelen zich in een circuit bevinden.

2. Werkwijze voor het meten van de geleidbaarheid van een 20 cilinder van vloeistof die zich bevindt tussen de buitenste elektroden, waarbij een meetcel volgens conclusie 1 gebruikt wordt, in welke werkwijze vier metingen worden uitgevoerd, waarbij de positie van de geperforeerde elektrode in elk van metingen (ii) X(ii) is, waarbij in twee van 25 de vier metingen de eerste stroom aangelegd wordt en de referentie-elektrode zich aan een zijde van het elektrische circuit bevindt, en in de andere twee metingen de tweede stroom aangelegd wordt en de referentie-elektrode (Rref) zich aan de ander zijde van het elektrische circuit 3 0 bevindt, waarbij in elk van de metingen de geperforeerde elektrode zodanig gepositioneerd wordt om een nulspan- 1011540 ningsuitlezing op de spanningsmeter te veroorzaken, en waarbij de specifieke geleidbaarheid wordt bepaald door de formule: K = ~ ^(12)^ + ^(21) ~ ^(22) ^ KIZRlef waarbij r de straal van de cilinder is. -o-o-o-o-o-o-o-o- 7 0 11540