CN103797359B - 用于测量液体介质的电导率的装置 - Google Patents

Abstract

用于测量液体介质、特别是含水介质的电导率的装置具有：恒定电压装置（18），所述恒定电压装置与第一电极装置（12）连接并且被构造和被连接用于将交流信号注入液体介质中注入；检测装置（34），所述检测装置与第二、与第一电极装置分离的并且通过液体介质特别是以四极配置的方式被耦合的电极装置（14）、特别是电极对连接并且以交流信号的时钟频率（CLK）产生受电导率影响的测量信号；和评估装置（26，40），所述评估装置由通过第一电极装置注入到液体介质中的电流的与电流成比例的注入信号U（I）和测量信号U（U）产生输出信号、特别是液体介质的电导率信号并且提供用于电子的进一步处理；其特征在于，所述恒定电压装置被构造在具有串联的用于第一电极装置的换向器装置（24）以及欧姆电阻装置（20，22）的单个电路分支中，其中与电流成比例的注入信号U（I）作为电阻装置上、特别是电阻装置的部分电阻（22）上的电压降被量取。

Description

用于测量液体介质的电导率的装置

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于测量液体介质、特别是含水介质的电导率的装置。这样的电导率测量装置很久以来就由现有技术以不同的电路拓扑而已知并且针对极为不同的应用而被采用。在此，例如工业过程技术是重要的，在工业过程技术中液体的电导率被检验，以便例如在层析过程或诸如此类中确定溶解的盐的浓度。在大约50mS/cm到200mS/cm之间的范围内的典型的特定的电导率在此可以被探测。与此相反，在超滤过程的控制和监控领域中例如在5μS/cm和100μS/cm之间的范围是特别相关的。

背景技术

另外的重要的应用领域是过程设备的清洁（更确切地：冲洗或清洁过程的监控），其中这样的设备典型地以高纯度的去离子的水来冲洗并且于是该冲洗水的电导率是用于所期望的清洁状态的达到的指示器。在此要检测的电导率是明显较小的，典型地处于10μmS/cm以下，其中某些要求需要小于0.5μmS/cm的测量误差或容差。如果例如在这样的清洁背景下不仅冲洗水而且例如清洁溶液也应该附加地被监控（典型地例如加热的NaOH，具有几百mS/cm的电导率），那么例如在为此合适的电导率测量装置中存在对系统的需求，这些系统包含（überstreichen）相关液体的要检测的电导率的大的值范围。

此外，用于含水介质中的电导率测量的不同的测量原理由现有技术已知。因此例如为了检测较高的电导率范围，感应测量方法是传统的，在这些感应测量方法中不存在测量电子设备与要检验的介质的（电流的）接触。然而，特别是在上述类型的应用中需要接触测量方法，这些接触测量方法典型地通过将测量电流通过电极导入到介质中并且随后测量该测量电流来实现，其中在所述应用中例如高纯度水应在微西门子范围内被监控。

由于介质的小的电导率，即使在施加的高的电极电压的情况下有效测量电流也是小的，其中此外可以假设为已知的是，将要导入的电流设置为交流信号，以便将在到含水介质的界面处的电极上的电压降（相对于介质中的实际的电压降）保持为小；还通过这样的交流信号来避免对电极的电解的降级的影响。

由现有技术在此被认为已知的是，在所谓的两极测量中将相同的电极（作为电极对）不仅用于电流的馈入而且用于测量，其中例如在小电导率和相应优化的电极几何尺寸（于是典型地具有小间隔的大面积电极被采用）的情况下适度的被注入的电压已经产生可良好地测量的电流。

然后，特定电导率（sigma）可以被确定为：

其中量纲为长度的倒数（典型地1/cm）的单元常数k说明相应测量单元配置的特殊的条件，包括电极参数和电极几何尺寸。

在测量范围向更高的电导率、例如几百mS/cm扩展时，在电极的边界层处的电压降提高，同时在要测量的含水介质上的电压降下降。为了解决这些问题，可以假设为由现有技术已知的是，除了提高测量频率（因此例如被注入的交流信号的极性转换速度）之外，使用于馈入的电流的电极与用于测量介质中所产生的电压降的测量电极退耦。这导致四极装置的原则上已知的方法，其中类似于一般的四极电阻测量技术，通过第一电极对将测量电流作为激励电流导入到含水介质（电解质）中，并且之后通过第二、仅通过含水介质共同作用的测量电极对检测测量电压（电压降）。因此两个电极对在空间上彼此间隔并且分离。因为在测量或评估方面典型地存在下游探测器电子设备的高的内阻，所以相应地在输出侧的测量电路中小的电流流动，具有有利的效果，即在测量电极对的界面处的电压降可忽略不计。因为在初级侧（即在将注入电极互连的电路中）在那流动的电流是可测量和可控制的，所以初级侧的电极电压降是不重要的。

虽然，如上所述，用于含水介质中的电导率测量的四极技术特别是也有利地适用于高电导率值，然而是常规上花费大的是，实施该技术，使得该技术包含大的电导率范围。即，在实际的实现中，被证实为有问题的是，单元常数（k）是依赖于实际的电导率的，其中该单元常数例如按照类型根据标准化的环境被确定和被校准。在此，电极的界面以及交流效应附加地起作用，其中电极的界面例如依赖于相应的电导率数量级引起在电极上或在电解质中的电流密度移动，交流效应诸如是寄生电容（作为次级侧的电压电极的负载）或串扰，因此在初级侧的激励电路和次级侧的测量电路之间的无意的交流方式的耦合。在此例如在电极和测量放大器之间的（通常长的）馈电线实际上意义重大地影响这样的寄生效应。

这些问题在由现有技术可假设的技术中通过评估侧的测量放大器被解决，这些测量放大器分别以特定的方式与要检测的电导率的不同的测量范围和值范围适配并且被适当地（以手动方式或以电子方式）切换；典型的要影响的量在此是测量放大器的相应的频率、触发电流（Ansteuerströme）和增益系数。正是集成的解决方案、例如微控制器单元提供舒服的基础结构，这些基础结构使对不同的电导率范围的多级的适配性简单地可编程。

然而，与这样的技术方法相关联的问题是在这样的测量范围的过渡点处不连续性或跃变点的必然的出现；如果因此分别要测量的含水的液体处于这样的过渡范围内，那么出现潜在地不能用的测量结果。因此在切换时滞后的实现是必要的，其中然而这样的（也可有利地利用数字电子设备实现的）滞后解决方案又带来问题，即分别处于滞后范围中的值依赖于方向，测量值从该方向改变，使得滞后间隔或行程表示潜在的测量误差。

正是所提到的数字电子设备带来其他的实际上意义重大的问题，在该数字电子设备中例如数字处理器电子设备也产生（矩形的）初级侧的用于注入到含水介质中的触发信号。因此例如基频的与矩形信号相关联的（和谐的）高次谐波特别强烈地通过非欧姆的干扰量、例如所提到的寄生电容被影响。这又只能通过正弦的（至少高次谐波少的）初级侧的激励来对付，这明显提高硬件花费。

最后，在可以被假设为已知的（例如在集成数字解决方案的范围内）范围切换期间测量频率的可能的变化还带来由于寄生电容影响而产生的多义性的潜在问题：如果例如在很小的电导率的情况下使用很高的测量频率，那么这样的寄生电容影响可能假装高的电导率，具有所不期望的效果，即次级侧的测量放大器识别不了适当的测量条件并且相应地不进行所属的测量范围选择或切换。

发明内容

因此，本发明的任务是实现根据前序部分所述的用于测量液体介质、特别是含水介质的电导率的装置，该装置被设置和构造用于在大的检测范围内、特别是在几个μS/cm直到几百mS/cm之间的范围内检测电导率，在此在结构上简单地被建造，特别是在测量和评估侧上避免多个离散的测量或评估范围和/或不连续的评估侧的测量信号，仍然提供高信号质量和测量精度的对应于电导率的测量信号。

该任务通过根据独立权利要求的用于测量电导率的装置被解决；本发明的有利的改进方案在从属权利要求中被描述。附加地，针对将这样的装置用于水或含水溶液的电导率测量而要求在本发明范围内的保护，其中该装置应该覆盖不间断的在0.01mS/cm和500mS/cm之间的电导率范围并且此外直到超过1S/cm并且应该作为无滞后的、连续的测量信号提供。

以根据本发明有利的方式，在初始（注入）侧由恒定电压装置、用于第一（注入）电极装置的换向器装置以及欧姆电阻装置作为（单个）电路分支中的串联电路构成装置，其中注入电流可以作为电阻装置（特别是该电阻装置的部分电阻）上的电压降被量取。因此在初级侧由电压源产生的直流电压通过作为调制器的换向器装置以具有时钟频率的定时变化的极性被施加到注入电极对（作为第一电极装置的优选的实现）上。根据含水介质（或优选地被构造为恒定电阻的欧姆电阻装置）的电导率，（注入）电流流动，该电流作为电阻装置上的电压降是可检测和可评估的并且被包括到电导率的确定中。同样地，在评估侧进行解调，其中与时钟频率的注入侧的换向器装置相位正确地，存储电容器通过检测装置被充电，该存储电容器的电容器电压可以作为测量信号被量取、优选地可以被量化为数字信号并且同样可以以电子方式被进一步处理以用于电导率的测定。

根据本发明的配置、特别是以串联电路在注入侧被构造的电路分支能够有利地实现，（在含水介质的电导率的宽范围上）激励电流根据电导率连续地变化，而根据本发明不需要在该电路分支中采用其他的有源元件（在换向器装置之外，该换向器装置以在其他情况下已知的方式例如借助半导体开关或诸如此类的、另外优选地在不使用集成的电路单元或这样的电路单元的可编程的输出的情况下被实现）。相应地本发明能够实现，例如超过10的五次方的电导率变化引起在初级侧在电路分支中流动的电流的大约30倍（10的1.5次方）的变化，连续地并且没有中断。因此于是可以有利地包含在含水介质中要测量的电导率的根据本发明有意的宽范围，而不需要范围选择或切换，并且其中附加地有利地仅需要所分配的模拟数字（A/D）转换器的有限的分辨率，由此于是可以附加地减少硬件技术的或装置的花费（并且附加地相应地进一步提高本发明的大规模生产（Grossserientauglichkeit））。借助所描述的确定尺寸示例，于是对于所描述的范围或该范围的测量技术的检测和评估，在注入以及评估侧分别具有所属的分辨率的典型的16位转换器将变得足够。

在注入侧，例如这样的模拟数字转换器单元将转换在电阻装置（或根据改进方案设置的部分电阻）上被量取的、与电路分支中的注入电流成比例的电压信号并且提供用于数字的进一步处理，同样地在评估侧，用于电容器电压的数字化的模拟数字转换器单元被分配给与第二电极装置（即测量电极）共同作用的电容装置。

当通过上述的发明原理所提供的简化优点借助简单的和低成本的电子设备组件而被实现时，本发明是特别重要的并且对于实际的实现是有利的。除了所描述的、潜在地低成本的并且作为大批量生产部件可得到的A/D转换器之外，特别是借助合适的微控制器的评估装置的实施适合于该目的，其中例如根据改进方案与这样的控制器单元分离的数字化的注入以及测量信号同样降低对这样的电子设备元件的（硬件）要求，诸如在注入和/或测量侧被设置的A/D转换器单元的根据改进方案被设置的串联耦合；以这种方式可以有利地明显减少控制器端子的数量，其中同样地初级侧以及次级侧可以及时或同步地被询问以及之后可以在数据方面被进一步处理。

特别是借助电子开关元件、例如合适的（功率）晶体管的换向器装置的根据改进方案有利的实现导致在初级侧的电路分支中、必要时也在测量侧的潜在干扰的较高频的信号分量。附加地，用于换向器装置的（时钟频率的）触发信号对该信号图像产生影响。相应地，根据改进方案规定，在初级侧的电路分支中和/或在评估/测量侧上设置合适的滤波装置，例如以与测量电阻并联的电容器的形式。根据改进方案也是有利的和优选的是，使用通常被集成到模拟数字转换器单元中的（数字的）滤波装置，以便（以例如调谐到交流信号的时钟频率上的方式）从测量电路中滤除与此有关的干扰影响（其中这同样地例如适用于存在的供电电压的电网频率的影响或适用于其他的叠加的干扰交流信号）。

本发明的另一个优选的实施方式规定，（非电容的）退耦装置、特别是欧姆电阻也被设置在第二电极装置的电极和下游的测量侧的换向器之间。这个根据改进方案的措施引起，抛弃传统的逻辑而将测量侧的电压电极以低电阻的方式与测量电容器以及下游的量化或评估电子设备连接，使得电压电极的影响（例如钝化层的厚度和均匀性）结合在换向器边沿变化时的电荷和电位效应对次级侧的测量信号产生更少影响。

这样的措施替代地例如通过换向器输入的特别高阻的设计也是可能的，借助分立的半导体元件的、根据改进方案有利的并且硬件技术上简单的解决方案然而在此将需要附加的花费。

在根据本发明的实现的范围内有利的并且有意义的是，在次级侧（即在第二电极装置和被分配的检测装置一侧上）以恒定的增益系数来放大通过电容器装置产生的电压信号并且之后适当地进行数字化（或以未放大的方式进行数字化），而本发明的根据本发明有利的变型方案规定，以相互并行地被设置的放大器单元的形式以不同的增益系数来放大电容器电压并且相应地提供（同时）在不同的电平上的被放大的电容器电压信号；为此典型地被使用的运算放大器的高阻性在此同样轻微地阻碍两个或更多放大器单元的这样的并行的布置，诸如，根据其他的变型方案，一方面电容器电压信号直接被数字化并且之后同样连续地准备用于进一步处理，如在数字化之前在分离的、固定地被分配的A/D转换器中以预先确定的增益系数被放大的电容器电压信号。

在通过评估装置的进一步处理中，在不同的电压（放大）电平上的同时的多测量信号的该变型方案于是能够实现，存在在所获得的信号的评估和进一步处理方面的最大可能的灵活性：因此例如在高电容器电压电平的情况下未放大的信号将可以被数字化并且被进一步处理（其中例如在这样高的电压电平的情况下潜在过控制的放大器必要时通过下调（Abregeln）而保持在高阻的并且因此不对测量电压产生影响的范围内），而例如低电平的电容器电压可以首先以预先确定的并且已知的增益系数被提高，其中该低电平的电容器电压将以未放大的方式只带来非常嘈杂的A/D转换结果。在可能的过渡范围内两个测量分支的信号（因为连续地并且并行地施加）又可以以合适的权重被结合或被计算。

下述情况实际上又是重要的并且有利的，即在初级侧或次级侧被分配的A/D转换器单元根据改进方案与微控制器控制单元分离地获得对于总装置来说存在的供电电压单元的相同的运行或参考电压。这有利地导致，由于参考电压的波动或其他的影响所产生的相应的错误可以被均衡并且使测量结果不受影响。这同样地也适用于借助A/D转换器的温度信号的必要的量化，该A/D转换器处理温度传感器的模拟的温度信号，该温度传感器根据本发明的其他的有利的改进方案被分配给含水介质。

结果，本发明能够以惊人简单的、有效的并且高效率的方式实现，含水介质的典型地在1μmS/cm和1000mS/cm之间的电导率的大的连续的范围可以被覆盖，而不需要花费高的并且容易出错的范围切换，而无需在次级侧的提高的测量和评估技术的花费，并且电解的和其他的与电极对有关的效应不会对测量结果产生显著影响。在此优选的是四极技术，在该四极技术中不仅第一而且第二电极装置分别具有电极对，同样地可设想星座（Konstellationen），在这些星座中多于两个电极对在注入侧和/或在测量侧被设置在测量单元中并且被连接在根据本发明的装置中。

根据解决方案有利的是，电缆影响或其他的电容方面有效的因素是小的，使得这些因素（实际上有用的）不施加不利的影响。同样地，装置的电（总）功率需求是少的，特别是在根据改进方案电位分离的电流供应的情况下是有益的，该电流供应使低电容的设计变得容易。在根据改进方案的电位分离的情况下，平行于隔离势垒的小于5pF的耦合电容因此可以被实现，这再次减少干扰电位的出现。

附图说明

本发明的其他的优点、特征和细节从实施例的随后的描述以及根据附图得出；这些附图：

在图1中示出用于说明本发明的原则上的功能结构的示意框图；

在图2中示出类似于图1的图示，但是具有附加的对于实际的实现有利的电路元件和组件，以及

在图3中示出相对于电导率的电流和电压图，用于说明在大的检测范围上的电导率依赖性。

具体实施方式

图1以示意图说明根据本发明的第一实施方式的用于测量含水介质的电导率的装置的基本功能元件。因此，附图标记10描述要以液体介质填充的测量单元，电极对12作为第一电极装置和另一个电极对14作为第二电极装置相互退耦地伸入到该测量单元中，以便以在其他情况下已知的四极装置的方式通过电极12进行注入并且之后借助电极14产生测量信号。为了更广泛的公开，特别是鉴于借助于实施例的可能的实际的实现，参考在DE 199 46 315中公开的测量单元，该测量单元示出用于实现在图1中所示出的单元10的可能的例子。

在注入侧、即作为与电极对12连接（并且通过直流电压电位耦合到将电极退耦的耦合电容器16）的电路分支的是恒定电压源18，该恒定电压源通过第一电阻20（作为工作电阻）和第二电阻22（作为测量电阻）与初级侧的换向器装置24连接，该换向器装置又通过时钟信号CLK触发地以所示的方式由源18的恒定电压信号产生具有时钟频率CLK的用于电极对12的交流信号。在每个换向器转换状态下，在注入侧存在单独的电路分支，其中该电压源18与由电阻20、22形成的电阻装置和电极对12形成串联电路。在该电路分支中流动的电流I在电阻22上下降并且在那作为注入侧的、与电流成比例的注入信号U（I）被量取并且被输送给A/D转换器单元26。

在测量侧，电极对14（通过相应的耦合电容器28以及串联的耦合电阻30耦合或去耦）的电位通过次级侧的换向器单元32施加在测量电容器34上，其中电容器电压U（U）作为测量信号被量取并且施加在A/D转换器单元26上。

因为以时钟频率CLK被定时的并且与初级侧的单元24同步地运行的次级侧的换向器单元32在输出侧对以所示的方式矩形地针对注入被调制的信号进行解调，因此电容器直流电压作为测量电压U（U）位于测量电容器34上。

在作为评估装置的进一步处理中，不仅与电流成比例的注入信号U（I）而且测量信号U（U）之后以被量化的并且要串行传输的数字形式作为AD（U（U））或AD（U（I））存在并且在被分配的微控制器单元40中被处理。该微控制器单元同时以在其他情况下已知的方式产生用于初级侧或次级侧的换向器24、32的交流时钟CLK，所述换向器（在图中没有被示出并且以在其他情况下已知的方式）借助分立的半导体开关（或作为在半导体模块中集成的换向器晶体管，必要时具有附加的、用于补偿电荷注入的集成的装置以及具有用于时钟信号的延迟元件，以便避免在边沿变化时的瞬时的短路）被实现。该微控制器单元之后或者自己根据在初级侧被注入的电流和在次级侧所测量的电压的比值（在考虑单元常数以及附加地考虑必要的校准常数（包括电流、电压和电导率的偏移量）的情况下）计算电导率的值，或者替代地提供被量化的单个量，以便通过分别适当地选择的协议进行外部的进一步处理。

图2的类似于图1构成的示意电路图说明所描述的实施例的附加的、在实际的实现中有用的元件，其中相同的附图标记描述同样的功能元件或功能。该装置除了测量单元10和被分配该测量单元的温度传感器（用附图标记62、64象征性地表示）之外以相应短的电缆连接长度和小的寄生电容被集成到18mm×47mm×10mm的长方体形状的体内，因此实现有利地小的、紧凑的结构尺寸。图2的框图示出在图1中仅示意性地被暗示的作为多个转换器的A/D转换器装置的细节；具有集成的、被调谐到供电电压单元50（更确切地：具有电流隔离的DC-DC变换器单元；在实际的实现中由上一级的馈电单元以5V直流电压馈电，其中之后例如大约10V DC的未被调节的供电电压施加在电压源18上）的电网频率上的数字滤波器单元（没有详细地被示出）的第一16位转换器单元261接收在电阻22上下降的、与注入电流成比例的电压信号U（I）并且为微控制器单元40把该电压信号变换为以2.7V的参考电压REF量化的16位信号AD（（U）I）。该参考电压REF由参考电压单元52产生，该参考电压单元又由单元50供电（如此外也可以是恒定电压单元18）。

同样地，第二A/D转换器单元262（其接收与单元261相同的供电电压以及参考电压REF）根据在测量电容器34上下降的测量电压信号U(U)产生16位量化的并且串行的测量信号AD（U（U）），又提供给微控制器单元40。

作为图1的一般性的实现的变化和补充，图2的实施例附加地示出，作为电容器电压的测量电压信号U（U）如何附加地施加在测量放大器单元的输入端上，在该实施例中增益系数21是预设的（相对于未放大的电容器电压U（U））。这个放大信号Ua（U）类似于未放大的测量信号以及注入电流信号的量化由第三A/D转换器单元263处理，又具有16位的分辨率并且作为AD（Ua（U））串行输出给微控制器单元40，具有如下效果，即根据图2测量电压两次并行地、即一方面作为未放大的信号、另一方面作为通过放大器单元60在电平上被提高的信号施加在电容34上，以便由微控制器单元40进行处理。

再次作为对图1的一般性的原理的补充，图2还示出第四16位 A/D转换器264，该第四16位 A/D转换器把由温度传感器T量取的温度信号变换为相应的串行数字化的温度信号AD（U（T））。这个模拟的温度信号U（T）说明被包含在测量单元10内的含水介质的温度检测，其中该模拟的温度信号仅出于示意性简化的原因作为在相对于参考电阻64随温度变化的电阻62上下降的、与温度成比例的电压信号被示出，其中温度传感器62或者以适当地传热的方式被固定在测量单元处，或者伸入到该测量单元中以便检测当前的液体温度。该图示此外说明，被示出的温度测量（也如电导率测量）也不依赖于并行地被供电的A/D转换器单元261的供电或参考电压：即在被示出的温度测量中数字化值也只依赖于电阻62、64的比值，但是不依赖于参考电压REF，因为分压器62/64和A/D转换器264被设置在相同的电压之间。

微控制器单元40之后提供转换器261到264的这样获得的数字化信号以通过接口模块80输出，以便使数字信号光电退耦（时钟，数字输入/输出＝DIO，其中除了DC/DC转换器单元50之外该模块80是通过位垒的寄生耦合的主要来源，总共大约5pF），其中该微控制器单元40或者已经进行了信号处理，或者但是仅根据所期望的传输协议，之后通过该单元80所获得的信号可用于进一步处理。

在图2中没有示出的是初级侧或次级侧的测量电路和所属的A/D转换的供电单元50的可能的电流退耦。

在具体的实现中，例如根据DE 199 46 315，单元常数0.35/cm的测量单元的结构，被示出的装置将在换向器变化的时钟频率是10kHz（范围在大约1kHz和大约100kHz之间的这样的时钟频率已经证明是合适的，以便一方面足够快地减少在电极上的不利的电压降，另一方面足够低频率地用于减少不利的开关效应）的情况下之后与通过单元261-264的A/D转换器的典型的0.1秒的重复或查询率结合（电信的转换时间大约80ms，这个时间之后相应的测量值可供使用；以30kHz的时钟率数字信号通过串行的接口被从转换器时钟输出），用于数据的近似同步的检测。因为此外，如在本发明的范围内作为有利被说明的，全部的转换器261-264以相同的电源以及参考电压来驱动，所以噪声影响不对测量结果产生影响。电路的典型的总功率消耗处于小于250mW的范围内，使得如被讨论的小的耦合电容满足于直流退耦合。

包含在容器10中的液体的电导率sigma现在将如下被确定：

（1.1）

（1.2）

其中根据公式1.1和没有放大的电容器信号，大的测量范围是可覆盖的，同时，特别是在小的电导率范围内，于是作为根据公式1.2的放大的信号（倍数21），数据电流AD（Ua（U））可供使用。

在公式中AD_IO（作为电流测量的偏移量）、AD_UO（作为输出侧的电压测量的偏移量）、sigma₀（作为电导率的偏移量，例如考虑电缆和安装效应）在此表示校准常数，这些校准常数适当地被调节或被选择，并且以已经描述的方式k表示单元常数并且因此考虑测量单元的几何尺寸。因为在本发明的范围内该单元常数k良好地通过测量单元几何尺寸被定义，因此该单元常数可以通过合适的过程控制（作为机械精度）被可再现地定义。为了确定常数AD_UO以及sigma₀，造成开放的状态（即空气，因此未被填充的测量单元），而例如通过电极的短路，偏移量AD_IO是可确定的。相应地取消用于校准的液体电导率标准介质的（传统上有问题的）操作。因为此外sigma₀基本上描述通过平行于电极14的寄生电容的表观电导率（在这方面也请参见图3中在0μS/cm和20μS/cm之间的范围内的电压降低），所以在实际的使用中该电导率被减小到大约sigma₀＝2.5μS/cm。

图3的信号变化曲线说明该电路的具体的信号特性、特别是（注入侧的）电流的变化曲线以及与此相关地测量侧的测量电压（放大的作为Ua或未放大的作为Un）的变化曲线。显示出，在从大约2μS/cm直到大约200mS/cm的电导率的很宽的范围上，注入侧的电流在大约0.01mA和大约3.8mA之间变化，而测量侧的未放大的电压在大约10mV和大约1700mV之间存在；高电导率的范围正好使放大的电压信号的使用是有益的，因为在此，在相应小的注入侧的电流流动的情况下，未放大的电压测量信号不再产生足够的分辨率。事实上，直到大约200mS/cm，该分辨率保持好于测量值的0.6％，使得直到这个值，原则上放大的分支可以被放弃。

在实际的实现中该特性表示，不仅在图3的左侧范围内，即在小的特定的电导率的情况下，而且也在大的电导率的右侧范围内，好的分辨率分别被实现，其中只在测量范围边界处、即在2μS/cm或200mS/cm处（相对于未放大的分支）该分辨率达到0.6％的所描述的范围，但是在其间对于很多测量任务已经完全足够了并且因此在通常情况下不需要在该实施例中附加的被示出的放大的分支。

Claims (24)

1.用于测量液体介质的电导率的装置，具有：

恒定电压装置（18），所述恒定电压装置与第一电极装置（12）连接并且被构造和被连接用于将交流信号注入到液体介质中；

检测装置（34），所述检测装置与第二电极装置（14）连接并且以交流信号的时钟频率（CLK）产生受电导率影响的测量信号，其中所述第二电极装置与第一电极装置分离并且通过液体介质被耦合；和

评估装置（26，40），所述评估装置由通过第一电极装置注入到液体介质中的电流的与电流成比例的注入信号（U（I））和测量信号（U（U））产生输出信号并且提供用于电子的进一步处理；

其特征在于，

所述恒定电压装置被构造在具有串联的用于第一电极装置的换向器装置（24）以及欧姆电阻装置（20，22）的单个电路分支中，

其中与电流成比例的注入信号（U（I））作为电阻装置上的电压降被量取。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二电极装置（14）是电极对。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二电极装置与第一电极装置分离并且通过液体介质以四极配置的方式被耦合。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输出信号是液体介质的电导率信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，与电流成比例的注入信号（U（I））作为电阻装置的部分电阻（22）上的电压降被量取。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻装置被分配单独的、用于产生数字的与电流成比例的注入信号（AD（U（I）））的、没有被集成到所述评估装置中的第一模拟数字转换器单元（261）。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，与第二电极装置共同作用的电容装置被分配单独的、用于产生数字的测量信号（AD（U（U）））的、没有被集成到所述评估装置中的第二模拟数字转换器单元（262）。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，第一和/或第二模拟数字转换器单元为所述评估装置（40）产生串行的输出信号并且与所述评估装置通过串行连接线路共同作用。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，第一和/或第二模拟数字转换器单元为所述评估装置（40）产生串行的输出信号并且与所述评估装置通过单独地被分配给第一和第二模拟数字转换器单元中的每一个的串行连接线路共同作用。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，第一和/或第二模拟数字转换器单元优选地具有被集成的滤波装置，所述滤波装置被调谐到交流信号和/或供电电压信号的时钟频率上。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，第一和第二模拟数字转换器单元被分配共同的供电电压单元（50），

或第一和第二模拟数字转换器单元具有用于转换器量化的共同的参考电压源。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述共同的供电电压单元（50）附加地用作所述恒定电压装置（18）的供电电压单元和/或被集成到所述恒定电压装置中。

13.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于，所述恒定电压装置（18）具有模拟的调节元件和/或在无需被集成的数字的电路组件的情况下被实现。

14.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于为了与液体介质共同作用而被构造的温度检测装置（62），所述温度检测装置通过被分配的第三模拟数字转换器单元（264）与所述评估装置共同作用，使得介质温度影响电导率信号。

15.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于，所述单个电路分支被构造，使得欧姆电阻装置不变地、无滞后地并且不能分立地切换或选择地被设置，

和/或没有影响欧姆电阻值的有源元件和/或开关元件被设置在电路分支中。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述单个电路分支被构造，使得欧姆电阻装置以其欧姆电阻值恒定地、无滞后地并且不能分立地切换或选择地被设置。

17.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于，所述检测装置具有电容器装置（34），所述电容器装置的电容器电压确定连续地和/或不依赖于交流信号的时钟频率产生的数字的测量信号。

18.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于，所述测量信号（U（U））以相互不同强度地被放大的信号电平并行地并且同步地施加在检测装置的第一和第二输入端上。

19.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于，数字的与电流成比例的注入信号和/或数字的测量信号的重复和/或周期频率相对于交流信号的时钟频率以小于1：100的比值被设置。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，数字的与电流成比例的注入信号和/或数字的测量信号的重复和/或周期频率相对于交流信号的时钟频率以小于1：500的比值被设置。

21.根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于在第二电极装置的相应的电极（14）和在这些电极下游的换向器装置（32）之间的退耦装置。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，在第二电极装置的相应的电极（14）和在这些电极下游的换向器装置（32）之间的欧姆电阻装置（30）。

23.根据权利要求1到22之一的装置的使用，用于液体的电导率测量，其中电导率信号具有在0.001mS/cm和850mS/cm之间的电导率的不间断的范围。

24.根据权利要求23所述的使用，其特征在于，电导率信号具有在0.001mS/cm和1000mS/cm之间的电导率的不间断的范围。