DD218468A1

DD218468A1 - Measuring cell for electrical conductivity measurements

Info

Publication number: DD218468A1
Application number: DD24415382A
Authority: DD
Inventors: Claus Albers; Hans-Peter Herzel; Karin Kricheldorff
Original assignee: Univ Berlin Humboldt
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1982-10-20
Publication date: 1985-02-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messzelle fuer elektrische Leitfaehigkeitsmessungen, die einen Vergleich der elektrischen Leitfaehigkeit einer verunreinigten Fluessigkeit mit einer entsprechenden reinen Fluessigkeit bei gleicher, aber nicht notwendig konstanter Temperatur gestattet. Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer Messzelle fuer elektrische Leitfaehigkeitsmessungen, die gleichzeitig die Leitfaehigkeiten zweier Fluessigkeiten miteinander vergleicht, die Temperaturkompensation gewaehrleistet und einen relativ schnellen selbstaendigen Wechsel sowohl der Messfluessigkeit als auch der Vergleichsfluessigkeit zulaesst. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine Messzelle mit mindestens einer Messkammer fuer die Vergleichsfluessigkeit, zwei oder mehrere Elektroden zur Messung der Leitfaehigkeit enthaelt und in ihrer unmittelbaren Naehe eine weitere Zwei- oder Mehrelektrodenanordnung zur Messung der Leitfaehigkeit der Messfluessigkeit in einer Kammer oder als offenes System angebracht ist.The invention relates to a measuring cell for electrical Leitfaehigkeitsmessungen that allows a comparison of the electrical conductivity of a contaminated fluid with a corresponding pure fluid at the same, but not necessarily constant temperature. The object of the invention is the development of a measuring cell for electrical conductivity measurements, which simultaneously compares the conductivity of two liquids with each other, ensures the temperature compensation and allows a relatively fast self-dependent change of both the measuring liquid and the Vergleichsfluessigkeit. According to the invention, the object is achieved in that a measuring cell with at least one measuring chamber for the reference liquid, two or more electrodes for measuring the Leitha contained and in their immediate vicinity another two or more electrode arrangement for measuring the conductivity of the measuring fluid in a chamber or as open System is attached.

Description

Measuring cell for electrical conductivity measurements

Anwendungsgebiet der Erfindung ' Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine elektrölytische Meßzelle, die einen Vergleich der elektrischen Leitfähigkeit einer verunreinigten Flüssigkeit mit derjenigen der entsprechenden reinen Flüssigkeit bei gleicher, aber nicht notwendig konstanter Temperatur gestattet. Dabei können relativ schnelle Leitfähigkeitsänderungen erfaßt werden. Derartige Meßzellen werden vorzugsweise in Haushaltwaschgeräten zur Bewertung der Qualität der Spülflotten eingesetzt.The invention relates to an electrolytic measuring cell, which allows a comparison of the electrical conductivity of a contaminated liquid with that of the corresponding pure liquid at the same, but not necessarily constant temperature. In this case, relatively fast changes in conductivity can be detected. Such measuring cells are preferably used in household washing appliances for evaluating the quality of the rinsing liquors.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannt ist, daß Meßzellen zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten mit zwei oder mehr Elektroden versehen sein und in offener oder geschlossener Bauform ausgeführt sein können. Im Wirtschaftspatent DD-WP 143533 wird eine Meßzelle mit vier Elektroden zur leistungslosen Absolutmessung des Leitwertes nach der Methode von VAN DER PAUW beschrieben. Außer dem Vorteil einer sehr genauen Absolutmessung hat die Zelle den Nachteil einer fehlenden Temperaturkompensation, die selbständig erfolgt. In der Offenlegungsschrift DE-OS 2533943 wird eine Zelle beschrieben, deren Außenmantel aus einem Isolierkörper besteht, in dem sich mehrere Elektroden befinden. Die Zelle ist für durchströmende Flüssigkeiten konstruiert. Der Isolierkörper und das Mehrelektrodensystem garantieren eine definierte Potentialverteilung im Inneren und verhindern eine Feldverteilung nach außen. Die Temperaturkompensation wird dadurch erreicht, daß ein Thermistor mit ohmschen Widerständen parallel und in Reihe beschaltet wird und die Temperaturkennlinie dieser Schaltung derjenigen der Flüssigkeit angepaßt wird. In ähnlicher Weise wird bei einer Leitfähigkeitsmeßzelle verfahren, die im Forschungsbericht BMFT-FB-T 81-027 des Bundesamtes für Forschung und Technologie (BRD) beschrieben wird. In der Offenlegungsschrift DE-OS 2427228 wird eine Meßzelle vorgestellt, die vorwiegend für die Bestimmung des Salzgehaltes von Seewasser Verwendung findet und die Leitfähigkeit des Seewassers mit derjenigen einer Normalprobe vergleicht. Nachteil der Anordnung ist, daß die Normalprobe nicht schnell ausgewechselt werden kann, da sich die Kammer nicht selbständig füllt und leert.It is known that measuring cells for measuring the electrical conductivity of liquids can be provided with two or more electrodes and can be designed in an open or closed design. The commercial patent DD-WP 143533 describes a measuring cell with four electrodes for powerless absolute measurement of the conductance value according to the method of VAN DER PAUW. Apart from the advantage of a very accurate absolute measurement, the cell has the disadvantage of a lack of temperature compensation, which is independent. In the published patent application DE-OS 2533943 a cell is described whose outer jacket consists of an insulating body in which there are a plurality of electrodes. The cell is designed for fluids flowing through. The insulating body and the multi-electrode system guarantee a defined potential distribution in the interior and prevent field distribution to the outside. The temperature compensation is achieved in that a thermistor with ohmic resistors is connected in parallel and in series and the temperature characteristic of this circuit is adapted to that of the liquid. The same procedure is followed in the case of a conductivity cell, which is described in the research report BMFT-FB-T 81-027 of the Federal Office for Research and Technology (FRG). In the published patent application DE-OS 2427228 a measuring cell is presented, which is mainly used for the determination of the salt content of seawater and compares the conductivity of seawater with that of a standard sample. Disadvantage of the arrangement is that the normal sample can not be replaced quickly because the chamber does not fill and empty automatically.

In der Offenlegungsschrift DE-OS 2926930 wird eine Eintauchmeßsonde beschrieben, deren Leitwertmessung unabhängig von der Strömung der Flüssigkeit ist. Temperaturvergleich und Vergeichsmessung zur Normalflüssigkeit werden nicht berücksichtigt. Der andere Extremfall einer guten Durchmischbarkeit durch wesentlich ungehinderte Längs- und Querströmung in der Meßzelle wird in der Offenlegungsschrift DE-OS 2805161 beschrieben.In the published patent application DE-OS 2926930 an immersion probe is described whose Leitwertmessung is independent of the flow of the liquid. Temperature comparison and comparison of normal fluid are not taken into account. The other extreme case of good intermixability by substantially unimpeded longitudinal and transverse flow in the measuring cell is described in the published patent application DE-OS 2805161.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung einer Leitfähigkeitsmeßzelle für Flüssigkeiten, die die Leitfähigkeiten einer reinen mit derjenigen der verunreinigten Flüssigkeit ständig oder nichtständig in kurzen Zeitintervallen vergleicht.The aim of the invention is the development of a conductivity measuring cell for liquids, which compares the conductivities of a pure with that of the contaminated liquid constantly or inconsistently in short time intervals.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer Meßzelle für elektrische Leitfähigkeitsmessungen, die gleichzeitig die Leitfähigkeiten zweier Flüssigkeiten miteinander vergleicht, die Temperaturkompensation der Leitfähigkeiten gewährleistet und einen relativ schnellen selbständigen Wechsel sowohl der Meßflüssigkeit als auch der Vergleichsflüssigkeit zuläßt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Meßzelle mit mindestens einer Meßkammer für die Vergleichsflüssigkeit zwei oder mehrere Elektroden zur Messung der Leitfähigkeit enthält und in ihrer unmittelbaren Nähe eine weitere Zwei- oder Mehreiektrodenanordnung zur Messung der Leitfähigkeit der Meßflüssigkeit in einer Kammer oder als offenes System angebracht ist. Die Kammer für die Vergleichsflüssigkeit zeichnet sich durch einen relativ hohen Strömungswiderstand in der Eintrittsöffnung, die gleichzeitig auch Austrittsöffnung der Flüssigkeit sein kann, und durch einen Entlüftungsweg nach oben aus. Die Kammer für die Meßflüssigkeit zeichnet sich durch einen vergleichsweise geringen Strömungswiderstand in der Eintrittsöffnung, die gleichzeitig auch Austrittsöffnung sein kann, aus. Bei einem weitgehend offenen Elektrodensystem für die Leitfähigkeitsmessung entfällt das Problem des Strömungswiderstandes von selbst. Der hohe Strömungswiderstand der Vergleichskammer dient vor allem dazu, bei gefüllter Kammer eine Durchmischung mit der die Meßkammer umgebende Flüssigkeit abweichender und zeitlich veränderlicher Leitfähigkeit weitgehend oder vollständig zu unterbinden. Dieser kann durch geeignete Formgebung der Zuleitung oder durch Ventile, Schwimmer oder ähnlich wirkende Verschlüsse realisiert werden.The object of the invention is the development of a measuring cell for electrical conductivity measurements, which simultaneously compares the conductivities of two liquids with each other, ensures the temperature compensation of the conductivities and allows a relatively fast independent change of both the measuring liquid and the comparison liquid. According to the invention the object is achieved in that a measuring cell with at least one measuring chamber for the comparison liquid contains two or more electrodes for measuring the conductivity and in their immediate vicinity another two- or multi-electrode arrangement for measuring the conductivity of the measuring liquid in a chamber or as an open system is appropriate. The chamber for the comparison liquid is characterized by a relatively high flow resistance in the inlet opening, which may also be the outlet opening of the liquid at the same time, and by a venting path upwards. The chamber for the measuring liquid is characterized by a comparatively low flow resistance in the inlet opening, which can also be outlet opening at the same time. In a largely open electrode system for the conductivity measurement eliminates the problem of flow resistance by itself. The high flow resistance of the comparative chamber is used mainly to prevent a large volume of mixing with the liquid surrounding the measuring chamber deviating and time-varying conductivity largely or completely. This can be realized by suitable shaping of the supply line or by valves, floats or similar-acting closures.

Eine derartige Meßzelle sei in einem Gefäß in senkrechter Anordnung untergebracht und das Gefäß werde langsam mit der Vergleichsflüssigkeit gefüllt, welche auch in die Meßkammer für die Vergleichsflüssigkeit steigt und damit eine Leitfähigkeitsmessung ermöglicht. Die Flüssigkeit fülle auch die Meßkammer für die Meßflüssigkeit oder bei einem offenen System den Raum zwischen den Elektroden und werde durch eine weitere Komponente in ihrer Leitfähigkeit zeitlich verändert. Dann gestattet die Elektrodenanordnung für die Meßflüssigkeit eine Messung der zeitlichen Änderung der Leitfähigkeit in Bezug auf die Vergleichsflüssigkeit beispielsweise in einer Brückenschaltung. Zur ständigen Homogenisierung der Meßflüssigkeit können Rührwerke oder ähnlich wirkende Einrichtungen verwendet werden, ohne dabei die Durchmisichung mit der Vergleichsflüssigkeit wesentlich zu erhöhen. Bei Absenken des Flüssigkeitspegels in dem betrachteten Gefäß entleert sich die Meßzelle selbständig, und es kann eine erneute Füllung des Gefäßes mit den entsprechenden Leitfähigkeitsmessungen erfolgen. Such a measuring cell is housed in a vessel in a vertical arrangement and the vessel is slowly filled with the reference liquid, which also rises in the measuring chamber for the reference liquid and thus allows a conductivity measurement. The liquid also fills the measuring chamber for the measuring liquid or, in an open system, the space between the electrodes and is temporally changed by another component in their conductivity. Then, the electrode arrangement for the measuring liquid allows a measurement of the temporal change of the conductivity with respect to the comparison liquid, for example in a bridge circuit. For constant homogenization of the measuring liquid agitators or similar acting devices can be used without significantly increase the Durchmisichung with the reference liquid. When lowering the liquid level in the vessel under consideration, the measuring cell empties automatically, and it can be a new filling of the vessel with the appropriate conductivity measurements.

In einer waagerechten Anordnung, bei der die beiden Teilsysteme beispielsweise beidseitig einer Trennwand zwischen Vergleichsflüssigkeit und Meßflüssigkeit angebracht sind, arbeitet die Meßzelle sinngemäß entsprechend. Bei der gewählten Anordnung besteht ein hinreichend guter Wärmekontakt zwischen der Meßflüssigkeit und der Vergleichsflüssigkeit, sodaß sich beide Flüssigkeiten stets auf gleicher oder nahezu gleicher Temperatur befinden. Damit wird eine automatische Temperaturkompensation der Grundleitfähigkeit erreicht.In a horizontal arrangement in which the two subsystems are mounted, for example, on both sides of a partition wall between the reference liquid and the measuring liquid, the measuring cell works accordingly accordingly. In the selected arrangement, there is a sufficiently good thermal contact between the measuring liquid and the comparison liquid, so that both liquids are always at the same or almost the same temperature. This achieves an automatic temperature compensation of the basic conductivity.

embodiment

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Messung der Leitfähigkeit der Spülflotte in Haushaltwaschmaschinen. Ein rechteckiger dünnwandiger Metallkörper 1 wird durch eine nicht elektrisch leitende Trennwand 2 in zwei Kammern unterteilt. Die obere, für die Leitfähigkeitsmessung an der Vergleichsflüssigkeit dienende Kammer 3 ist über eine rohrförmige Leitung 4, die dem Wasserablauf dient, mit der Spülflüssigkeit verbunden. An der höchsten Stelle dieser Kammer befindet sich die Öffnung 9, die zur Entlüftung und zum Wassereinlauf dient. Die untere, für die Leitfähigkeitsmessung an der MeßflüssigkeitThe exemplary embodiment relates to the measurement of the conductivity of the rinsing liquor in household washing machines. A rectangular thin-walled metal body 1 is divided by a non-electrically conductive partition wall 2 into two chambers. The upper, serving for the conductivity measurement of the comparison liquid chamber 3 is connected via a tubular conduit 4, which serves the drainage, with the rinsing liquid. At the highest point of this chamber is the opening 9, which serves for ventilation and water intake. The lower, for the conductivity measurement on the measuring liquid

dienende halboffene Kammer 5 besitzt an ihrer höchsten Steile Öffnungen 6 in der Wandung, die zur Entlüftung und zur besseren Durchmischung der Meßflüssigkeit dienen. Beide Meßkammern 3 und 5 enthalten je eine zentrale Elektrode 7 und 8, die in der nichtleitenden Trennwand 2 befestigt sind. Als gemeinsame Grundelektrode dient der rechteckige Metallkörper 1. Die Öffnung 9 ist über die Zuleitung 10 mit einer der Einspritzdüsen der Waschmaschine verbunden. Beim Einfüllen des Frischwassers für die erste Spülflotte wird die obere Kammer 3 gefüllt. Nach dem Einsetzen der Trommel- oder Wellradbewegung der Waschmaschine setzt auch die Spülwirkung ein und damit ändert sich die Leitfähigkeit der Meßflüssigkeit in Kammer 5 gegenüber derjenigen in Kammer 3, da infolge des hohen Strömungswiderstandes der rohrförmigen Leitung 4 eine Durchmischung weitgehend unterdrückt wird. Beim Abpumpen der ersten Spüifiotte entleeren sich die beiden Kammern 3 und 5 selbständig, und die Meßanordnung ist für eine weitere Messung, im Anwendungsbeispiel in der zweiten Spülflotte, einsatzbereit. In einer geeigneten Meßschaltung kann der Unterschied der Leitfähigkeiten in den beiden Meßkammern einen gewünschten Signalpeger über- oder unterschreiten und den Abbruch des Spülprozesses bewirken.serving half-open chamber 5 has at its highest Steile openings 6 in the wall, which are used for venting and for better mixing of the measuring liquid. Both measuring chambers 3 and 5 each contain a central electrode 7 and 8, which are fixed in the non-conductive partition wall 2. As a common base electrode of the rectangular metal body 1. The opening 9 is connected via the supply line 10 with one of the injection nozzles of the washing machine. When filling the fresh water for the first rinsing liquor, the upper chamber 3 is filled. After the onset of the drum or Wellradbewegung the washing machine is also the rinsing effect and thus changes the conductivity of the measuring liquid in chamber 5 with respect to that in chamber 3, as a result of the high flow resistance of the tubular conduit 4 mixing is largely suppressed. When pumping the first Spüifiotte the two chambers 3 and 5 empty independently, and the measuring device is ready for further measurement, in the application example in the second rinsing liquor, ready for use. In a suitable measuring circuit, the difference in the conductivities in the two measuring chambers can exceed or fall below a desired signal brush and cause the rinsing process to stop.

Claims

Invention claims:

1. Measuring cell for electrical conductivity measurements of liquids, which contains at least one measuring chamber for a comparison liquid and at least one measuring chamber or open measuring device for the measuring liquid, characterized in that each of the measuring chambers or open measuring devices contains two or more electrodes for measuring conductivity and the measuring chamber for the Comparative liquid at its lowest point an opening to the inlet of the reference liquid and / or outlet of the comparison liquid and at its highest point an opening to the inlet of the reference liquid and / or for ventilation and ventilation, wherein at least one opening has a flow resistance which is at least twice as large is like the flow resistance of the measuring chamber for the comparison liquid.

2. Measuring cell according to item 1, characterized in that an electrode of the measuring chamber for the comparison liquid is designed as a thin-walled housing of this measuring chamber.

3. Measuring cell according to item 1 and 2, characterized in that the flow resistances are realized by pipelines, chambers with honeycomb inserts or by closable openings, for example by floats or valves.

For this 1 page drawings