DE4116468C2 - - Google Patents
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- DE4116468C2 DE4116468C2 DE19914116468 DE4116468A DE4116468C2 DE 4116468 C2 DE4116468 C2 DE 4116468C2 DE 19914116468 DE19914116468 DE 19914116468 DE 4116468 A DE4116468 A DE 4116468A DE 4116468 C2 DE4116468 C2 DE 4116468C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine induktive Leitfähigkeits-Meß zelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an inductive conductivity measurement cell according to the preamble of claim 1.
Derartige induktive Leitfähigkeits-Meßzellen, wie sie beispielsweise aus US 30 30 573 bekannt sind, werden zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Medien verwendet, insbesondere zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Flüssigkeiten. Such inductive conductivity measuring cells, as are known for example from US 30 30 573, will for measuring the electrical conductivity of media used, especially for measuring the electrical Conductivity of liquids.
Der Kurzschlußpfad bildet hierbei eine ringförmig ge schlossene elektrisch leitende Strecke, deren Leitwert durch die Leitfähigkeit des zu untersuchenden Mediums bestimmt ist. Um die Leitfähigkeit zu messen, wird die Leitfähigkeits-Meßzelle daher soweit in das Medium einge führt, daß sich ein Kurzschlußpfad um die Sendespule und die Empfangsspule herum ausbilden kann. Wenn die Sendespule mit dem Wechselspannungssignal beaufschlagt wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das in dem Kurzschluß pfad einen Strom induziert, dessen Größe von der elektri schen Leitfähigkeit des Mediums abhängig ist. Dieser Strom, der ebenfalls ein Wechselstrom ist, wird induktiv mit der Empfangsspule gemessen. Daher ist der von der Empfangsspule gelieferte Wechselstrom proportional zur elektrischen Leitfähigkeit des zu untersuchenden Mediums.The short circuit path forms an annular ge closed electrically conductive route, its conductance due to the conductivity of the medium to be examined is determined. In order to measure the conductivity, the Conductivity measuring cell so far into the medium leads to a short circuit path around the transmitter coil and can form the receiving coil around. If the Transmitting coil with the AC voltage signal , it creates a magnetic field that is in the short circuit path induces a current whose size depends on the electri the conductivity of the medium. This Current, which is also an alternating current, becomes inductive measured with the receiving coil. Therefore, that of the Receiving coil delivered alternating current proportional to electrical conductivity of the medium to be examined.
Bei der aus der US 30 30 573 bekannten Meßzelle ist eine Leiterschleife vorgesehen, die die Sendespule und die Empfangsspule durchsetzt und die einen vorbestimmten Leitwert aufweist. Dieser wird bei der Messung so abgeglichen, daß die Ausgangsspannung der Empfangsspule zu Null wird. Dann entspricht der Leitwert der Leiterschleife dem der zu messenden Flüssigkeit.In the measuring cell known from US 30 30 573, a conductor loop is provided which the transmitter coil and penetrates the receiving coil and some has a predetermined conductance. This is used in the measurement adjusted so that the output voltage of the receiving coil is zero becomes. Then the conductance of the conductor loop corresponds to that of the liquid to be measured.
Induktive Leitfähigkeits-Meßzellen dieser Art dienen unter anderem auch zur Langzeitüberwachung der Leitfähig keit von Flüssigkeiten und anderen Medien. Hierbei ist es notwendig, daß die Funktionsfähigkeit der Meßzelle von Zeit zu Zeit überprüft wird.Inductive conductivity measuring cells of this type are used including for long-term monitoring of the conductive liquids and other media. Here is it is necessary that the functionality of the measuring cell is checked from time to time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitfähig keits-Meßzelle anzugeben, die auf Funktionsfähigkeit überprüft werden kann, ohne ausgebaut werden zu müssen.The invention has for its object a conductive speed measuring cell to indicate the functionality can be checked without having to be removed.
Diese Aufgabe wird bei einer induktiven Leitfähigkeits- Meßzelle der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. This task is performed with an inductive conductivity Measuring cell of the type mentioned by the specified in the characterizing part of claim 1 Features solved.
Die Leiterschleife liegt parallel zum Kurzschlußpfad. Wenn ein Strom in dem Kurzschlußpfad induziert wird, wird automatisch auch ein Strom in der Leiterschleife induziert. Der in der Leiterschleife induzierte Strom wird, genau wie der im Kurzschlußpfad induzierte Strom, von der Empfangsspule gemessen. In Kenntnis des durch die Leiterschleife fließenden Stromes läßt sich dann ermitteln, ob einerseits die Sendespule den Strom korrekt induziert hat, andererseits aber auch die Empfangsspule den durch den Kurzschlußpfad fließenden Strom richtig ermittelt. Da die Leiterschleife parallel zur durch das Meßmedium gebildeten virtuellen Kurzschlußwindung, d. h. dem Kurzschlußpfad, liegt, addiert sich der Leitwert der Leiterschleife zu dem Leitwert des zu messenden Mediums.The conductor loop is parallel to the short circuit path. If a current is induced in the short circuit path, there will also be a current in the conductor loop induced. The current induced in the conductor loop just like the current induced in the short circuit path, measured by the receiving coil. Aware of the the conductor loop flowing current can then determine whether on the one hand the transmitter coil is receiving the current correctly has induced, but also the receiving coil the current flowing through the short circuit path correctly determined. Since the conductor loop runs parallel to the the virtual short-circuit turn formed by the measuring medium, d. H. the short-circuit path, the master value is added the conductor loop to the conductance of the to be measured Medium.
Es ist vorgesehen, daß der Leitwert der Leiterschleife veränderbar ist. In diesem Fall muß der Strom durch die Leiterschleife nicht mehr ermittelt werden. Zur Überwachung der Funktion der Meßzelle reicht es aus, den Leitwert der Leiter schleife zu verändern. Am Ausgang der Empfangseinrichtung muß sich dann eine entsprechende Änderung des Meßsignals ergeben.It is intended that the conductance of the conductor loop can be changed. In this case the current has to go through the conductor loop can no longer be determined. To monitor the function the measuring cell, the conductance of the conductors is sufficient change loop. At the exit of the receiving device there must then be a corresponding change in the measurement signal surrender.
In einer besonders einfachen Ausführungsform ist dazu ein die Leiterschleife öffnender Schalter vorgesehen. Wenn der Schalter die Leiterschleife öffnet, kann in der Leiterschleife kein Strom mehr induziert werden. Das Ausgangssignal der Meßzelle ist bei ansonsten unver änderten Betriebsgrößen dann nur noch abhängig von der Leitfähigkeit des zu untersuchenden Mediums. Wird der Schalter hingegen geschlossen, muß sich das Ausgangssig nal der Meßzelle um einen Betrag verändern, der dem Leitwert der Leiterschleife entspricht. This is done in a particularly simple embodiment a switch opening the conductor loop is provided. When the switch opens the conductor loop, in no current can be induced in the conductor loop. The output signal of the measuring cell is otherwise not changed company sizes only depending on the Conductivity of the medium to be examined. Will the Switch, however, closed, the output signal Change the measuring cell by an amount equal to the Conductivity corresponds to the conductor loop.
Mit Vorteil ist in der Leiterschleife ein Widerstands element vorgesehen. Das Widerstandselement ist dann praktisch allein ausschlaggebend für den Leitwert der Leiterschleife. Der Widerstandswert für ein derartiges Widerstandselement, also für einen ohmschen Widerstand, läßt sich mit hoher Genauigkeit bestimmen. Da man das Ausgangssignal der Meßzelle mit der gleichen hohen Ge nauigkeit auswerten kann, läßt sich die Funktions fähigkeit der Meßzelle sehr einfach dadurch überprüfen, daß man die leicht zu errechnende Solländerung des Aus gangssignals der Meßzelle mit der tatsächlich stattfin denden Änderung dieses Ausgangssignals vergleicht. Stim men der Sollwert und der Istwert nach Zuschalten des Widerstandselements nicht überein, ist dies ein Zeichen dafür, daß irgendein Element der Meßzelle nicht zufrie denstellend funktioniert.There is advantageously a resistance in the conductor loop element provided. The resistance element is then practically solely decisive for the conductance of the Conductor loop. The resistance value for such Resistance element, i.e. for an ohmic resistance, can be determined with high accuracy. Since you do that Output signal of the measuring cell with the same high Ge can evaluate accuracy, the function check the ability of the measuring cell very simply by that you can easily calculate the target change of the off output signal of the measuring cell with the actually taking place comparing the change in this output signal. Stim the setpoint and the actual value after switching on the Resistance elements do not match, this is a sign that any element of the measuring cell is not satisfied it works.
Hierbei ist bevorzugt, daß mehrere Widerstandselemente vorgesehen sind, die jeweils mit einer Schalteinrichtung versehen sind, wobei die Schalteinrichtung das zugeord nete Widerstandselement in die Leiterschleife schaltet. Die Leiterschleife kann damit verschiedene Leitwerte annehmen. Hierdurch läßt sich eine Anpassung des Leit werts an den Leitwert des zu untersuchenden Mediums erreichen. Wenn der Leitwert des zu untersuchenden Me diums sehr groß ist, ist es wenig sinnvoll, den Leitwert der Leiterschleife sehr niedrig zu wählen. Die durch den Leitwert der Leiterschleife bedingte Leitwertänderung ist dann kaum merkbar und nur schwer zu erfassen. Am günstigsten sind die Ergebnisse, wenn die Leitwerte von Leiterschleife und Kurzschlußpfad im wesentlichen gleich groß sind. Eine zuverlässige Auswertung läßt sich jedenfalls immer dann vornehmen, wenn der Leitwert der Leiterschleife größer als der Leitwert des Kurz schlußpfades ist. It is preferred here that several resistance elements are provided, each with a switching device are provided, the switching device being assigned nete resistance element switches into the conductor loop. The conductor loop can therefore have different conductance values accept. This makes it possible to adapt the guide value of the conductance of the medium to be examined to reach. If the conductance of the Me diums is very large, it makes little sense to the conductance to choose the conductor loop very low. By the conductance change of the conductance of the conductor loop is then hardly noticeable and difficult to grasp. At the The results are most favorable if the guide values of conductor loop and short circuit path essentially are the same size. A reliable evaluation leaves in any case, make sure that the conductance the conductor loop is greater than the conductance of the short final path is.
Bevorzugterweise weist die Empfangseinrichtung eine Meßbereichsumschalteinrichtung für eine vorbestimmte Anzahl von Meßbereichen auf und eine Leitwertumschaltein richtung ist vorgesehen, die eine entsprechende Anzahl von unterschiedlichen Leitwerten für die Leiterschleife bereitstellt. Der Meßbereich wird an die unterschied lichen Leitfähigkeiten der zu untersuchenden Medien angepaßt. Zur Funktionsüberprüfung kann man dann einen dem Meßbereich entsprechenden Leitwert einstellen. In diesem Fall erhält man ohne längeres Suchen sofort eine dem Leitwert des zu untersuchenden Mediums angepaßte Leitwertveränderung, aus der auf die Funktionsfähigkeit der Meßzelle geschlossen werden kann.The receiving device preferably has a Measuring range switching device for a predetermined Number of measuring ranges and a conductivity switch direction is provided, the corresponding number of different guide values for the conductor loop provides. The measuring range is differentiated from the conductivity of the media to be examined customized. You can then use one to check the function set the conductivity according to the measuring range. In In this case, you immediately get one without searching for a long time adapted to the conductivity of the medium to be examined Change in the conductance from which to the functionality the measuring cell can be closed.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Meßbereichsumschalt einrichtung und die Leitwertumschalteinrichtung mitein ander gekoppelt sind. Mit dem Einstellen des Meßbereichs wird automatisch auch der richtige Leitwert der Leiter schleife vorgewählt.It is advantageous if the measuring range switch device and the conductance switchover device are coupled. By setting the measuring range the correct conductance of the conductors will automatically become loop selected.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leiter schleife im Bereich der Sendespule eine Lage gegensinnig zur Lage im Bereich der Empfangsspule auf. In der Em pfangsspule wird also mit Hilfe der Leiterschleife ein Strom induziert, der dem von dem Kurzschlußpfad indu zierten Strom entgegengerichtet ist. Am Ausgang der Empfangseinrichtung ergibt sich dann die Differenz zwi schen dem Leitwert des zu untersuchenden Mediums und dem Leitwert der Leiterschleife. In a preferred embodiment, the conductor loop a layer in the opposite direction in the area of the transmitter coil on the location in the area of the receiving coil. In the Em pfangsspule is therefore with the help of the conductor loop Current induced that the indu of the short circuit path graced current is opposite. At the exit of the The receiving device then gives the difference between the conductivity of the medium to be examined and the conductance of the conductor loop.
Bevorzugterweise weist die Sendeeinrichtung einen Kurz schlußschalter auf, der die Sendespule kurzschließt, wobei ein Wechselstromgenerator vorgesehen ist, der bei kurzgeschlossener Sendespule ein Testwechselstromsig nal in die Leiterschleife einspeist. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich die Empfängerseite der Meßzelle unabhängig vom Leitfähigkeitswert des zu untersuchenden Mediums untersuchen. Der Wechselstrom in der Leiter schleife wird hierbei nicht mehr von der Sendespule erzeugt, sondern vom Wechselstromgenerator. Hierbei ist eine Untersuchung dahingehend möglich, ob die Emp fangsanordnung, d. h. die Empfangsspule und die Empfangs einrichtung den empfangenen Strom mit ausreichender Genauigkeit detektieren. Da die Sendespule kurzge schlossen ist, kann während dieser Testphase in das zu untersuchende Medium auch kein Strom induziert wer den.The transmission device preferably has a short closing switch that short-circuits the transmitter coil, wherein an alternator is provided which a test alternating current signal if the transmitter coil is short-circuited nal feeds into the conductor loop. With such a The receiver side of the measuring cell can be arranged regardless of the conductivity value of the test sample Examine medium. The alternating current in the ladder loop is no longer from the transmitter coil generated, but by the alternator. Here it is possible to investigate whether the Emp catch arrangement, d. H. the receiving coil and the receiving set up the received current with sufficient Detect accuracy. Since the transmitter coil is short is closed during this test phase medium to be investigated also no current induced the.
Mit Vorteil ist am Ausgang der Empfangseinrichtung ein Synchrongleichrichter angeordnet, der mit dem Wechsel stromsignal oder dem Testwechselstromsignal synchroni siert ist. Wenn die Leitwerte sehr klein sind, also im Bereich Nano- oder Mikro-Siemens, sind die in der Empfangsspule induzierten Ströme ebenfalls außerordent lich klein. Es besteht hierbei die Gefahr, daß die durch diese Ströme in der Empfangsspule induzierten Signale im Rauschen, das praktisch in jeder elektrischen Anord nung vorhanden ist, nicht mehr sauber detektiert werden können. Wenn man aber die Frequenz und die Phasenlage der Signale kennt, kann man dieses Signal gezielt er fassen, nämlich mit Hilfe des Synchrongleichrichters. Auf diese Art und Weise lassen sich auch noch dann Sig nale erfassen, die ansonsten im Rauschen untergehen würden.Advantageously, a is at the output of the receiving device Synchronous rectifier arranged with the change current signal or the test alternating current signal synchroni is. If the guide values are very small, that is in the field of nano or micro Siemens, they are in the Receiving coil also induced currents extremely small. There is a risk that the through these currents in the receiving coil induced signals in the noise that is practically in every electrical arrangement voltage is no longer properly detected can. But if you have the frequency and the phase position who knows signals, you can target this signal with the help of the synchronous rectifier. In this way, Sig capture signals that are otherwise lost in the noise would.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigtThe invention is based on preferred in the following Embodiments in connection with the drawing described. In it shows
Fig. 1 den schematischen mechanischen Aufbau einer in duktiven Leitfähigkeits-Meßzelle, Fig. 1 shows the schematic mechanical configuration of an inductive conductivity in the measuring cell,
Fig. 2 eine andere Anordnung einer Leiterschleife, Fig. 2 shows another arrangement of a conductor loop,
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild der Anordnung und Fig. 3 is a schematic diagram of the arrangement and
Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer geänderten Anordnung. Fig. 4 is a schematic electrical diagram of a modified arrangement.
Eine induktive Leitfähigkeits-Meßzelle 1 weist eine Sendespule 2 und eine Empfangsspule 3 auf, die einen Abschnitt 4 eines Kurzschlußpfades für ein zu unter suchendes Medium umgeben, der schematisch durch eine Kurzschlußwindung 5 dargestellt ist. Der Abschnitt ist hierbei durch ein Rohr 6 gebildet, das an einem Ende, in der Figur rechts, offen ist, während es am anderen Ende in einer Radialbohrung 7 in der Meßzelle mündet. Die Meßzelle 1 wird zur Messung mit dem in der Zeichnung rechten Ende soweit in das zu untersuchende Medium einge taucht, daß die Radialbohrung 7 vollständig mit Medium, beispielsweise einer Flüssigkeit, gefüllt ist. Der Kurz schlußpfad durchsetzt also die Sendespule 2 und die Empfangsspule 3 und schließt sich dann außen um die beiden Spulen 2, 3 herum. An inductive conductivity measuring cell 1 has a transmitting coil 2 and a receiving coil 3 , which surround a section 4 of a short circuit path for a medium to be examined, which is schematically represented by a short circuit turn 5 . The section is formed by a tube 6 , which is open at one end, on the right in the figure, while it opens into a radial bore 7 in the measuring cell at the other end. The measuring cell 1 is so far immersed in the medium to be examined that the radial bore 7 is completely filled with medium, for example a liquid. The short circuit path thus passes through the transmitter coil 2 and the receiver coil 3 and then closes the outside around the two coils 2 , 3 .
Die Sendespule ist über Anschlußleitungen 8 mit einer Sendeeinrichtung 9 (Fig. 3) verbunden. Die Empfangsspule 3 ist über eine abgeschirmte Leitung 10 mit einer Emp fangseinrichtung 11 (Fig. 3) verbunden. Zwischen der Sendespule 2 und der Empfangsspule 3 ist ein Abstands stück 12 vorgesehen. Sendespule, Empfangsspule und Rohr sind in einem Gehäuse 13 aufgenommen.The transmission coil is connected to a transmission device 9 ( FIG. 3) via connecting lines 8 . The receiving coil 3 is connected via a shielded line 10 to a receiving device 11 ( FIG. 3). A spacer 12 is provided between the transmitter coil 2 and the receiver coil 3 . Transmitter coil, receiver coil and tube are accommodated in a housing 13 .
Im Gehäuse 13 ist eine Leiterschleife 14 vorgesehen, die die Sendespule 2 und die Empfangsspule 3 umgibt. Die Leiterschleife 14 ist über Anschlüsse 15 mit einer Leitwerteinrichtung 16 (Fig. 3) verbunden.A conductor loop 14 is provided in the housing 13 and surrounds the transmitting coil 2 and the receiving coil 3 . The conductor loop 14 is connected to a conductance device 16 ( FIG. 3) via connections 15 .
Die Meßzelle 1 funktioniert wie folgt: Die Sendeeinrich tung 9 speist ein Wechselstromsignal, etwa in Form eines Rechteck-Wechselstromes, in die Sendespule 2 ein. Die Sendespule 2 erzeugt daraufhin ein Magnetfeld, das in der virtuellen Kurzschlußwindung 5 im zu untersuchenden Medium einen Strom erzeugt, dessen Größe von der elek trischen Leitfähigkeit des Mediums abhängig ist. Dieser Strom, der auch durch die Empfangsspule 3 fließt, indu ziert in der Empfangsspule 3 ebenfalls einen Strom, der mit Hilfe der Empfangseinrichtung 11 gemessen und ausgewertet werden kann. Die Empfangseinrichtung ist dabei so aufgebaut, daß die Empfangsspule 3 praktisch im Kurzschluß betrieben wird. Am Ausgang der Empfangs einrichtung 11 ergibt sich eine Spannung UA, die pro portional zur elektrischen Leitfähigkeit des zu unter suchenden Mediums ist. The measuring cell 1 works as follows: The Sendeeinrich device 9 feeds an alternating current signal, for example in the form of a rectangular alternating current, into the transmitting coil 2 . The transmitter coil 2 then generates a magnetic field that generates a current in the virtual short-circuit winding 5 in the medium to be examined, the size of which depends on the electrical conductivity of the medium. This current, which also flows through the receiving coil 3 , induces a current in the receiving coil 3 , which can be measured and evaluated with the aid of the receiving device 11 . The receiving device is constructed so that the receiving coil 3 is practically operated in a short circuit. At the output of the receiving device 11 there is a voltage U A , which is proportional to the electrical conductivity of the medium to be examined.
Um die Funktionsfähigkeit der Leitfähigkeits-Meßzelle 1 zu überprüfen, ist die Leiterschleife 14 vorgesehen. Ihre Wirkung soll nun anhand von Fig. 3 erläutert werden.In order to check the functionality of the conductivity measuring cell 1 , the conductor loop 14 is provided. Their effect will now be explained with reference to FIG. 3.
Fig. 3 zeigt schematisch den elektrischen Aufbau der induktiven Leitfähigkeits-Meßzelle. Fig. 3 shows schematically the electrical structure of the inductive conductivity measuring cell.
Die Sendeeinrichtung 9 weist einen als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker 17 auf, über den ein Eingangswechselstromsignal UE in die Sendeeinrichtung 9 eingespeist wird. Der Ausgang des Operationsverstärkers 17 ist mit der Sendespule 2 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 17 ist auf seinen invertierenden Eingang zurückgekoppelt. Die Einspeisung des Wechsel stromsignals UE erfolgt in den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 17.The transmitting device 9 has an operational amplifier 17 connected as an impedance converter, via which an input AC signal U E is fed into the transmitting device 9 . The output of the operational amplifier 17 is connected to the transmission coil 2 . The output of the operational amplifier 17 is fed back to its inverting input. The alternating current signal U E is fed into the non-inverting input of the operational amplifier 17 .
Die Empfangseinrichtung 11 weist einen zweiten Opera tionsverstärker 18 auf, an dessen beiden Eingängen die beiden Enden der Empfangsspule 3 angeschlossen sind. Der Ausgang des Operationsverstärkers 18 ist über einen Rückkopplungswiderstand 19 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 18 zurückgekoppelt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 18 ist mit einem Synchron gleichrichter 20 verbunden, der über eine Synchronleitung 21 mit dem Wechselstromsignal UE synchronisiert ist. Am Ausgang des Synchrongleichrichters 20 erscheint das Ausgangssignal UA. Der Operationsverstärker 18 betreibt die Empfangsspule 3 praktisch im Kurzschluß, so daß auch relativ kleine in der Empfangsspule 3 induzierte Signale erfaßt werden können. Da der Synchrongleichrich ter 20 nur diejenigen Anteile des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 18 ausfiltert, die in Frequenz und Phase mit dem Wechselstromsignal UE übereinstimmen, lassen sich auch relativ kleine in der Empfangsspule 3 induzierte Ströme detektieren, also auch solche, die ansonsten im Rauschen der Anordnung untergehen würden. Mit der gezeigten induktiven Leitfähigkeits-Meßzelle lassen sich daher auch sehr kleine Leitfähigkeiten mes sen. Theoretisch sind Werte bis hinunter zu 50 nS, bei spielsweise bei reinem Wasser, möglich. Wesentlich ein facher werden die Gegebenheiten natürlich bei stark leitenden Medien, beispielsweise stark salzhaltigen Flüssigkeiten, bei denen der Leitwert bei der gezeigten Anordnung durchaus den Bereich von 1 S annehmen kann.The receiving device 11 has a second operational amplifier 18 , at the two inputs of which the two ends of the receiving coil 3 are connected. The output of the operational amplifier 18 is fed back to the inverting input of the operational amplifier 18 via a feedback resistor 19 . The output of the operational amplifier 18 is connected to a synchronous rectifier 20 which is synchronized with the alternating current signal U E via a synchronous line 21 . The output signal U A appears at the output of the synchronous rectifier 20 . The operational amplifier 18 operates the receiving coil 3 practically in a short circuit, so that even relatively small signals induced in the receiving coil 3 can be detected. Since the synchronous rectifier ter 20 only filters out those portions of the output signal of the operational amplifier 18 which correspond in frequency and phase to the alternating current signal U E , relatively small currents induced in the receiving coil 3 can also be detected, that is to say also those which are otherwise in the noise of the arrangement would perish. With the inductive conductivity measuring cell shown, very small conductivities can therefore be measured. In theory, values down to 50 nS are possible, for example with pure water. The situation is of course much simpler in the case of highly conductive media, for example liquids with a high salt content, in which the conductance in the arrangement shown can certainly take the range of 1 S.
Der Rückkopplungswiderstand 19, der im übrigen auch ganz allgemein als Impedanz, d. h. mit kapazitiven oder induktiven Gliedern, ausgebildet sein kann, ist veränder lich. Mit seiner Hilfe lassen sich verschiedene Meßbe reiche einstellen. Mit Hilfe des Rückkopplungswiderstan des 19 wird die Verstärkung des Operationsverstärkers 18 eingestellt.The feedback resistor 19 , which can also be generally designed as an impedance, that is to say with capacitive or inductive elements, is variable. With its help, various measuring ranges can be set. With the help of the feedback resistor 19 , the gain of the operational amplifier 18 is adjusted.
Die Leiterschleife 14 ist mit der Leitwerteinrichtung 16 verbunden. Die Leitwerteinrichtung weist eine Reihe von ohmschen Widerständen R1, R2, R3, etc., auf. Jedem Widerstand R1, R2, R3 ist eine Schalteinrichtung 22, 23, 24 zugeordnet. Normalerweise, d. h. im Meßbetrieb, sind die Schalteinrichtungen 22, 23, 24, geöffnet. Um die Funktionsfähigkeit der Leitfähigkeits-Meßzelle zu über prüfen, wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung 25 eine der Schalteinrichtungen 22, 23, 24 geschlossen. Wenn beispielsweise die Schalteinrichtung 22 geschlossen wird, wird der Widerstand der Leiterschleife 14 praktisch ausschließlich vom Widerstand R1 bestimmt. In diesem Widerstandselement ist praktisch der gesamte Widerstands wert der Leiterschleife 14 konzentriert. Dem Widerstand R1 entspricht dann ein Schleifen-Leitwert GS, der dem reziproken Wert des Widerstandselements R1, d. h. 1/R1, entspricht. Da die Leiterschleife 14 dem Kurzschlußpfad, der durch die virtuelle Kurzschlußwindung 5 dargestellt ist, parallelgeschaltet ist, addieren sich deren beiden Leitwerte, d. h. der Leitwert GM des zu untersuchenden Mediums und der Leitwert GS der Leiterschleife zu einem Gesamtleitwert G, der mit Hilfe des Ausgangssignals UA der Empfangseinrichtung 11 bestimmt werden kann. Ent spricht die Veränderung des Leitwerts nach dem Schließen der Schalteinrichtung 22 nicht einer vorausberechneten Änderung, d. h. erhöht sich der Leitwert G nach dem Schließen der Schalteinrichtung 22 nicht um den Leit wert GS, ist dies ein Zeichen dafür, daß die Leitfähig keits-Meßzelle 1 defekt ist.The conductor loop 14 is connected to the conductance device 16 . The master device has a series of ohmic resistors R 1 , R 2 , R 3 , etc. A switching device 22 , 23 , 24 is assigned to each resistor R 1 , R 2 , R 3 . Normally, ie in the measuring mode, the switching devices 22 , 23 , 24 are open. In order to check the functionality of the conductivity measuring cell, one of the switching devices 22 , 23 , 24 is closed with the aid of a control device 25 . If, for example, the switching device 22 is closed, the resistance of the conductor loop 14 is determined almost exclusively by the resistance R 1 . In this resistance element, practically the entire resistance value of the conductor loop 14 is concentrated. The resistance R 1 then corresponds to a loop conductance G S which corresponds to the reciprocal value of the resistance element R 1 , ie 1 / R 1 . Since the conductor loop 14 is connected in parallel to the short-circuit path, which is represented by the virtual short-circuit winding 5 , its two conductance values, i.e. the conductance value G M of the medium to be examined and the conductance value G S of the conductor loop, add up to a total conductance value G which can be calculated using Output signal U A of the receiving device 11 can be determined. Accordingly, the change in the conductance after closing the switching device 22 does not correspond to a predicted change, ie if the conductance G does not increase after the switching device 22 is closed by the conductance value G S , this is a sign that the conductivity measuring cell 1 is broken.
Der in der Leiterschleife 14 zugeschaltete Leitwert sollte in einer bestimmten Relation zum Leitwert des zu untersuchenden Mediums stehen. Ist der Leitwert des zu untersuchenden Mediums sehr groß, wird sich eine Leitwertänderung in der Leiterschleife 14, die nur sehr klein ist, praktisch kaum bemerkbar machen. Man wird daher mit Hilfe der Steuereinrichtung 25 solche Leit werte, d. h. entsprechende Widerstandselemente R1, R2, R3, auswählen, die in der gleichen Größenordnung wie der Leitwert des zu untersuchenden Mediums liegt. Im Zweifel ergeben sich immer dann auswertbare Ergebnisse, wenn der Leitwert der Leiterschleife 14 größer ist als der Leitwert des zu untersuchenden Mediums. The conductance connected in the conductor loop 14 should be in a specific relation to the conductance of the medium to be examined. If the conductance of the medium to be examined is very large, a change in the conductance in the conductor loop 14 , which is only very small, will hardly be noticeable. One will therefore use the control device 25 to select such leading values, ie corresponding resistance elements R 1 , R 2 , R 3 , which are in the same order of magnitude as the conductance of the medium to be examined. When in doubt, evaluable results are always obtained if the conductance of the conductor loop 14 is greater than the conductance of the medium to be examined.
Wenn ein entsprechender Meßbereich über den Rückkopp lungswiderstand 19 eingestellt ist, läßt sich aus der Wahl des Meßbereichs auf die Wahl des richtigen Wider standselements R1, R2, R3 für die Leiterschleife 14 schließen. Eine Bedienungsperson kann dann beispielsweise das richtige Widerstandselement R1, R2, R3 auswählen und die entsprechende Schalteinrichtung 22, 23, 24 be tätigen. In einer besonders komfortablen Ausführungsform ist allerdings vorgesehen, daß die Verstelleinrichtung für den Rückkopplungswiderstand 19 mit der Steuereinrich tung 25 gekoppelt ist, so daß sich bei einer Verstellung des Rückkopplungswiderstandes 19 auch eine entsprechende Verstellung in der Steuereinrichtung 25 ergibt. Zum Meßbereich wird dann automatisch das entsprechende Wider standselement R1, R2, R3 ausgewählt. Dies ist insbeson dere dann von Vorteil, wenn die Meßbereichsumschaltung in der Empfangseinrichtung 11 automatisch erfolgt. Im vorstehenden Ausführungsbeispiel sind die Widerstandsele mente R1, R2, R3 in der Leiterschleife 14 in Reihe ge schaltet. Sie können jedoch genauso gut parallelgeschal tet sein.If a corresponding measuring range is set via the feedback resistor 19 , the choice of the measuring range can be used to infer the choice of the correct resistance elements R 1 , R 2 , R 3 for the conductor loop 14 . An operator can then, for example, select the correct resistance element R 1 , R 2 , R 3 and actuate the corresponding switching device 22 , 23 , 24 be. In a particularly comfortable embodiment, however, it is provided that the adjusting device for the feedback resistor 19 is coupled to the device 25 Steuereinrich, so that when adjusting the feedback resistor 19 there is also a corresponding adjustment in the control device 25 . The corresponding counter element R 1 , R 2 , R 3 is then automatically selected for the measuring range. This is particularly advantageous if the measuring range switchover takes place automatically in the receiving device 11 . In the above embodiment, the resistance elements R 1 , R 2 , R 3 in the conductor loop 14 are connected in series. However, they can just as easily be connected in parallel.
Fig. 2 zeigt eine geänderte Ausführungsform der Leiter schleife, bei der Elemente, die denen der Fig. 1 entspre chen mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Die Leiterschleife 114 ist hier in Form einer Acht um die Sendespule 102 und die Empfangsspule 103 verlegt. Die Leiterschleife 114 hat also im Bereich der Sendespule 102 eine gegensinnige Lage oder Orientierung zur Lage oder Orientierung in der Empfangsspule 103. Der von der Sendespule 102 in der Leiterschleife 114 induzierte Strom durchsetzt die Empfangsspule 103 nicht mehr gleich sinnig, sondern gegensinnig, also mit umgekehrter Fluß richtung wie der in dem zu untersuchenden Medium indu zierte Strom. Dies bedeutet praktisch eine Phasendrehung um 180°. Die Leitwerte des zu untersuchenden Mediums und der Leiterschleife addieren sich nun nicht mehr. Vielmehr wird der Leitwert GS der Leiterschleife von dem Leitwert GM des zu untersuchenden Mediums subtra hiert. Auch durch diese Subtraktion ergibt sich aber nach dem Zuschalten von Widerstandselementen R1, R2, R3 mit Hilfe der Schalteinrichtungen 22, 23, 24 eine Änderung des Gesamtleitwerts, der mit Hilfe der Empfangs einrichtung 11 erfaßt werden kann. Ist diese festgestell te Änderung des Leitwertes nicht in Übereinstimmung mit der vorausberechneten, liegt ein Fehler in der induk tiven Leitfähigkeits-Meßzelle vor. Fig. 2 shows a modified embodiment of the conductor loop, in the elements that correspond to those of FIG. 1 are provided with reference numerals increased by 100. The conductor loop 114 is laid here in the form of an eight around the transmitter coil 102 and the receiver coil 103 . The conductor loop 114 thus has a position or orientation opposite to the position or orientation in the reception coil 103 in the area of the transmission coil 102 . The current induced by the transmitting coil 102 in the conductor loop 114 passes through the receiving coil 103 no longer in the same sense, but in the opposite direction, that is, with the opposite direction of flow as the current induced in the medium to be examined. This means practically a phase shift of 180 °. The guide values of the medium to be examined and the conductor loop no longer add up. Rather, the conductance G S of the conductor loop is subtracted from the conductance G M of the medium to be examined. This subtraction also results in the connection of resistance elements R 1 , R 2 , R 3 with the help of the switching devices 22 , 23 , 24, a change in the overall conductance, which can be detected with the aid of the receiving device 11 . If this change in the conductance is not in accordance with the predicted one, there is an error in the inductive conductivity measuring cell.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, mit der im wesent lichen nur die Empfangsseite der Meßzelle überwacht werden kann. Diese Überwachung reicht aber in vielen Fällen aus. Elemente, die denen der Fig. 3 entsprechen, sind mit um 200 erhöhten Bezugszeichen versehen. Fig. 4 shows an embodiment with which only the receiving side of the measuring cell can be monitored in wesent union. However, this monitoring is sufficient in many cases. Elements which correspond to those in FIG. 3 are provided with reference numerals increased by 200.
Die Sendeeinrichtung 209 weist zusätzlich einen Kurz schlußschalter 26 auf, der die Sendespule 202 kurz schließt. Die Leitwerteinrichtung 216 weist einen Genera tor 27 auf, der ein Testwechselstromsignal UT erzeugt und in die Leiterschleife 214 über ein Widerstandselement R einspeist. Das Widerstandselement R kann einen verän derlichen Widerstandswert aufweisen, der zusammen mit dem Wert des Rückkopplungswiderstandes 219 geändert wird. Es kann jedoch auch ausreichen, das Widerstandsele ment R mit einem festen Widerstandswert zu versehen, wenn nicht einzelne Meßbereiche, sondern nur die Funk tionsfähigkeit der Empfangseinrichtung 211 und der Emp fangsspule 203 überhaupt überprüft werden sollen. The transmitting device 209 additionally has a short-circuit switch 26 which short-circuits the transmitting coil 202 . The master value device 216 has a generator 27 , which generates a test alternating current signal U T and feeds it into the conductor loop 214 via a resistance element R. The resistance element R can have a variable resistance value which is changed together with the value of the feedback resistor 219 . However, it may also be sufficient to provide the resistance element R with a fixed resistance value, if not individual measuring ranges, but only the functionality of the receiving device 211 and the receiving coil 203 are to be checked at all.
Zur Überprüfung wird der Kurzschlußschalter 26 geschlos sen, d. h. die Sendespule 202 kurzgeschlossen, und ein Testwechselstromsignal UT in die Leiterschleife 214 eingespeist. Der Synchrongleichrichter 220 ist mit diesem Testwechselstromsignal UT synchronisiert. Mit Hilfe der Ausgangsspannung UA läßt sich nun der Leitwert der Leiterschleife 214 ermitteln. Stimmt dieser Leitwert mit dem Kehrwert des Widerstandselements R überein, ist die Empfängerseite der induktiven Leitfähigkeits-Meß zelle in Ordnung. Ergeben sich Abweichungen, liegt ein Fehler vor.To check the short-circuit switch 26 is closed, ie the transmitter coil 202 is short-circuited, and a test alternating current signal U T is fed into the conductor loop 214 . The synchronous rectifier 220 is synchronized with this test alternating current signal U T. The conductance of the conductor loop 214 can now be determined with the aid of the output voltage U A. If this conductance corresponds to the reciprocal of the resistance element R, the receiver side of the inductive conductivity measuring cell is in order. If there are deviations, there is an error.
In Fig. 4 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit die Synchronleitung weggelassen, mit deren Hilfe der Syn chrongleichrichter 220 im normalen Leitfähigkeits-Meß betrieb für das zu untersuchende Medium mit dem Wechsel stromsignal UE synchronisiert ist.In Fig. 4 the sync line is omitted for the sake of clarity, with the help of the synchro rectifier 220 in normal conductivity measurement operation for the medium to be examined is synchronized with the alternating current signal U E.
Von den dargestellten Ausführungsformen kann in vielerlei Hinsicht abgewichen werden. So kann lediglich ein einzel nes Widerstandselement vorhanden sein, das einen Leitwert erzeugt, der größer ist als oder gleichgroß wie der größte zu erwartende Leitwert des zu untersuchenden Mediums. In diesem Fall werden zwar nicht die einzelnen Meßbereiche der Meßzelle untersucht, es wird aber festge stellt, ob die Meßzelle insgesamt funktionsfähig ist oder nicht. Die Betätigung der Schalteinrichtungen 22, 23, 24 kann automatisch in vorbestimmten Perioden er folgen. The embodiments shown can vary in many respects. Thus, there can only be a single resistance element that generates a conductance that is greater than or equal to the largest expected conductance of the medium to be examined. In this case, the individual measuring ranges of the measuring cell are not examined, but it is determined whether the measuring cell as a whole is functional or not. The actuation of the switching devices 22 , 23 , 24 can automatically follow it in predetermined periods.
Die Frequenzen für das Wechselstromsignal und für das Testwechselstromsignal liegen im Bereich von etwa 100 Hz bis etwa 10 kHz. Sie können im Hinblick auf die Leit fähigkeit des zu untersuchenden Mediums ausgewählt werden.The frequencies for the AC signal and for the Test AC signal is in the range of about 100 Hz up to about 10 kHz. You can with regard to the guide ability of the medium to be examined is selected will.
Der gemessene Leitwert des zu untersuchenden Mediums ist natürlich auch von der Länge und der Querschnittsform des Kurzschlußpfades abhängig. Die Leitfähigkeit kann jedoch mit bekannten Methoden aus dem gemessenen Leitwert bestimmt werden. Für die Untersuchung der Funktionsfähig keit der Meßzelle spielen diese Fragen jedoch nur eine untergeordnete Rolle. Wichtig ist lediglich, daß sich bei einer Veränderung des Leitwertes der Leiterschleife eine entsprechende Veränderung am Ausgangssignal UA ergibt.The measured conductance of the medium to be examined naturally also depends on the length and cross-sectional shape of the short-circuit path. However, the conductivity can be determined from the measured conductance using known methods. However, these questions only play a subordinate role in the investigation of the functionality of the measuring cell. It is only important that a change in the conductance of the conductor loop results in a corresponding change in the output signal U A.
Wenn die Leiterschleife nur einen fest eingestellten Leitwert hat, läßt sich die Sendeeinrichtung dadurch überprüfen, daß der von der Sendeeinrichtung in der Leiterschleife 14 induzierte Strom gemessen wird.If the conductor loop has only a fixedly set conductance, the transmitter can be checked by measuring the current induced by the transmitter in the conductor loop 14 .
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