DE1238567B

DE1238567B - Leitfaehigkeitsmessschaltung

Info

Publication number: DE1238567B
Application number: DES84632A
Authority: DE
Inventors: Dr Otto Maurer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-04-09
Filing date: 1963-04-09
Publication date: 1967-04-13
Also published as: CH418006A; JPS4325519Y1

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIr

Deutsche Kl.: 2Ie- 29/01

Nummer: 1238 567

Aktenzeichen: S 84632IX d/21 e

Anmeldetag: 9. April 1963

Auslegetag: 13. April 1967

Die Messung der Leitfähigkeit ist technisch von großer Bedeutung, da hieraus Rückschlüsse auf den Salzgehalt, die Konzentration oder den Gehalt von Verunreinigungen in der betreffenden Flüssigkeit gezogen werden können. Nach der einfachsten Meßmethode wird der Widerstand zwischen zwei in die Meßflüssigkeit eintauchenden Elektroden in einer üblichen Meßschaltung, ζ. Β. Brückenschaltung, bestimmt. Da die Leitfähigkeit mit der Temperatur der Flüssigkeit zunimmt, wird innerhalb der Meßflüssigkeit ein Temperaturkompensationswiderstand angeordnet, der in geeigneter Weise in der Meßschaltung liegt. Es ist auch bekannt, eine Meßstrecke zu verwenden, bei der vier Elektroden hintereinander in der Flüssigkeit liegen. Die beiden äußeren Elektroden haben eine größere Oberfläche und werden von einem konstanten Strom gespeist, den ein Stromkonstanthalter, ζ. B. eine Spannungsquelle mit sehr großem Innenwiderstand, liefert. Mit den beiden inneren Elektroden wird der auf der Meßstrecke innerhalb der Flüssigkeit auftretende Spannungsabfall gemessen, der dem Flüssigkeitswiderstand proportional ist. Der für diese Messung benutzte Spannungsverstärker muß Meßeigenschaften besitzen. Wenn der Verstärker einen eingeprägten Ausgangsstrom liefert, so ist dieser dem reziproken Wert der Leitfähigkeit der Flüssigkeit proportional. Das Anzeigeinstrument kann daher keine lineare Skala besitzen, oder es müssen Entzerrungsschaltungen angewendet werden. Auch für die Temperaturkompensation ist ein erheblicher Schaltungsaufwand notwendig, z. B. eine Gegenkopplungsschaltung, in der der Kompensationswiderstand liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Vierelektrodenmeßstrecke eine wesentlich einfachere Schaltung anzugeben. Gemäß der Erfindung sind die den Strom zu- und abführenden Elektroden über ein in Leitfähigkeitseinheiten geeichtes Strommeßinstrument an den Ausgang eines Verstärkers mit großer Verstärkung angeschlossen, an dessen Eingang eine konstante oder von der Temperatur der Flüssigkeit abhängige Spannung und mit dieser in Differenz die von den beiden anderen Elektroden abgegriffene Spannung angeschlossen ist. Für die Temperaturkompensation wird hierbei der der zu messenden Flüssigkeit ausgesetzte Kompensationswiderstand von einer Konstantstromquelle gespeist und der Spannungsabfall an diesem Widerstand in Differenz zu der von den Spannungsmeßelektroden abgegriffenen Spannung in den Eingang des Verstärkers geschaltet. Die Konstantstromquelle muß hier nur einen verhältnismäßig kleinen Strom liefern, der konstant blei-Leitfähigkeitsmeßschaltung

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dr. Otto Maurer, Karlsruhe

ben muß, wenn sich der Widerstand des Kompensationswiderstandes ändert. Bei Temperaturen zwischen 0 und 100° C ergibt sich eine Änderung des Widerstandes von etwa 5:1. Im Gegensatz hierzu muß bei der oben angegebenen bekannten Schaltung eine sehr leistungsstarke hochohmige Konstantstromquelle zur Speisung der Elektrode verwendet werden, da sich die spezifische Leitfähigkeit und damit der Widerstand der Meßstrecke in einem Bereich von mehreren Zehnerpotenzen ändern kann. Der bei der neuen Schaltung verwendete Verstärker braucht keine Meßeigenschaften zu haben, und der von dem Meßinstrument im Ausgang des Verstärkers gemessene Strom ist der Leitfähigkeit direkt proportional, so daß das Meßinstrument eine in Leitfähigkeitseinheiten geeichte lineare Skala erhält.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Schaltung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Eine Konstantstromquelle 1, z. B. eine Spannungsquelle mit sehr hohem Innenwiderstand, speist einen der Meßflüssigkeit ausgesetzten Temperaturkompensationswiderstand 2. Die äußeren Elektroden 4,5 einer Vierelektrodenmeßstrecke 3 sind über ein Meßinstrument 6 an den Ausgang eines Verstärkers 7 angeschlossen. Der vom Ausgangsübertrager des Verstärkers gelieferte Strom fließt durch das Meßinstrument 6 und die Elektrodenstrecke 3. Die an den inneren Elektroden 8 und 9 abgegriffene Spannung ist am Eingang des Verstärkers 7 der an dem Widerstand 2 anfallenden Spannung entgegengeschaltet. Der Verstärker? muß einen ausreichend großen Verstärkungsfaktor besitzen, braucht jedoch keine Meßeigenschaften zu haben. Es wird von ihm lediglich gefordert, daß er ohne Phasendrehung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung arbeitet. Im Ausgang des Verstärkers wird jeweils ein Strom geliefert, der so groß ist, daß der Spannungsabfall an den Elektroden 8 und 9 zur Kompensation des Spannungsabfalls am Widerstand 2 ausreicht. Wird die Leit-

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Claims

fähigkeit der Flüssigkeit größer, so muß auch der Strom größer werden, damit wieder die gleiche Spannung an den Elektroden 8 und 9 zur Kompensation zur Verfügung steht. Soll eine Temperaturkompensation vorgenommen werden, so wird an Stelle des festen Widerstandes 2 ein temperaturabhängiges Widerstandsnetzwerk benutzt, um einen bestimmten Funktionsverlauf, der dem Temperaturverhalten der zu messenden Lösung entspricht, nachzubilden. In diesem Netzwerk werden bevorzugt Halbleiterwiderstände mit negativem Temperaturkoeffizienten benutzt. In dem angegebenen Schaltungsbeispiel wird mit Wechselspannung gearbeitet, wie bei der Leitfähigkeitsmessung allgemein üblich. Wenn dagegen nichtpolarisierbare Elektroden, z. B. Kalomelbezugselektroden, in der Meßstrecke verwendet werden, kann auch mit Gleichstrom gearbeitet werden. Patentansprüche: 20

1. Leitfähigkeitsmeßschaltung für Flüssigkeiten mit einer Vierelektrodenmeßstrecke, bei der zwei Elektroden den Strom zu- und abführen und der an den beiden anderen Elektroden auftretende Spannungsabfall erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strom führenden Elektroden (4,5) über ein in Leitfähigkeitseinheiten geeichtes Strommeßinstrument (6) an den Ausgang eines Verstärkers (7) mit großer Verstärkung angeschlossen sind, an dessen Eingang eine konstante oder eine von der Temperatur der Flüssigkeit abhängige Spannung und mit dieser in Differenz die an den beiden anderen Elektroden (8,9) abgegriffene Spannung angeschlossen ist.

2. Leitfähigkeitsmeßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (1) einen der Temperatur der zu messenden Flüssigkeit ausgesetzten Kompensationswiderstand (2) speist und der Spannungsabfall an diesem Widerstand in Differenz zu der von den Spannungsmeßelektroden abgegriffenen Spannung im Eingang des Verstärkers (7) mit großer Verstärkung liegt.

3. Leitfähigkeitsmeßschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandstemperaturkennlinie des Kompensationswiderstandes unter Verwendung von Halbleitern mit negativem Temperaturbeiwert dem Temperaturverlauf der zu messenden Lösung angepaßt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 466 530;
französische Patentschrift Nr. 1 307 878;
britische Patentschrift Nr. 892 974;
USA.-Patentschriften Nr. 2599413, 3 047797.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 549/177 4.67 @ Bundesdruckerei Berlin