-
Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit
Ls ist bekannt,
die Leitfähigkeit von Stoffen mit Hilfe der Wechsellstrombrücke zu messen. Zur Bestimmung
der Leitfähigkeit von Elektrolyten werden diese dabei in sogenannte Leitfähigkeitsmeßgefäße
eingebracht, in denen platinierte Platinelektroden möglichst großer Oberfläche angeordnet
und in die Wechselstrombrücke eingeschaltet sind.
-
Diese Methode hat den Nachteil, daß die Messungen durch die Benutzung
von Elektroden beeinflußt werden.
-
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile dieser
bekannten Verfahren zu beseitigen.
-
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Leitfähigkeit ohne die
Benutzung von Elektroden zu messen. Die Erfindung geht dabei weiter von dem Gedanken
aus, die Leitfähigkeit der zu untersuchenden Materie nicht unmittelbar als solche;
sondern in ihrer Auswirkung auf andere verfolgbare phvsikalische Erscheinungen zu
messen. Je nach der Leitfähigkeit der zu untersuchenden Materie ändert sich die
Induktivität und deren Hochfrequenzverluste. In Ausführung dieses Gedankens besteht
die Erfindung darin, daß die Hochfrequenzverluste einer Spule, innerhalb deren Feld
sich die zu untersuchende Materie befindet, durch Vergleichsmessungen mit denen
ohne Vorhandensein der zu untersuchenden Materie gemessen werden. Die Methode kann
nun derart durchgeführt werden, daß die Spule die zu untersuchende Materie enthält
oder jdaß sie von ihr teilweise oder voll-
ständig umgeben wird.
Bei Vergleichsmessungen ist immer nur wesentlich, daß die zu untersuchende Materie
in der gleichen Art und Weise in das Feld der Meßspule eingebracht wird. Z'ur Messung
der Hochfreqttenzverluste kann dabei prinzipiell jede der bekannten Methoden verwendet
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat vor den bekannten erhebliche Vorteile.
Zunächst entfällt die Verwendung von Elektroden, und damit entiallen alle durch
die Elektroden bedingten Störungen und Schwierigkeiten. Durch entsprechende Anordnung
der Spule im Verhältnis zu der zu untersuchenden Materie oder durch entsprechenden
Schutz der Spule kann ohne weiteres erreicht werden, daß die zu untersuchende Materie
entweder überhaupt nicht mit dem Meßorgan oder nur mit dieses schützenden, für die
zu untersuchende Materie indifferenten Stoffen in Berührung kommt. So kann z. B.
bei der Untersuchung von Gasen und Flüssigkeiten die Spule mit einem Schutz aus
chemisch nicht angreifbaren Nichtleitern, wie Glas, Quarz, Gummi oder anderen Kunststoffen,
versehen sein. Ein weiterer Vorteil der Erfindung' ergibt sich daraus insofern,
daß der Meßteiltdauernd bzw. während des ganzen zu überwachenden Vorganges mit der
zu untersuchenden Materie in Verbindung bleiben kann.
-
Dieses ist bei der kontinuierlichen tberwachung von Vorgängen, z.
B. bei strömenden Gasen und Flüssigkeiten, von besonderem Vorteil.
-
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Meßfeld der Spule jede
gewünschte Form durch entsprechende Ausbildung der Spule erhalten und daß somit
die Form des Meßgeräts den Erfordernissen des zu überwachenden technischen Prozesses
angepaßt werden kann. Schließlich ist es auch noch von Vorteil, daß in den zu untersuchenden
Materien gegebenenfalls bestehende Gleich- oder Wechselspannungen die Messung nicht
beeinflussen, da ja eine unmittelbar leitende Verbindung zwischen Meßspule und der
zu untersuchenden Materie nicht besteht. Demgegenüber war es gerade ein Nachteil
der bekannten Meßverfahren unter Verwendung von Elektrolyten, daß die Spannung der
zu untersuchen den Materie auch an dem Meßsystem lag. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist z. B. für die Überwaschung von Eindampfvorgängen von technischen Flüssigkeiten
geeignet, bei denen Messungen mit Elektroden wegen der Störungen an der Elektrodenoberfläche
nicht zu einwandfreien Ergebnissen führen. Die Messung der Hochfrequen-zverluste
kann in einfacherWeise dadurch vorgenommen werden, daß zur Erzeugung und Messung
der Hochfrequenz die Methode des Schwingaudions dient, bei,dem der Generator der
Hochfrequenzschwingun gen gleichzeitig auch als Indikator arbeitet, so daß man mit
einer einzigen Röhre auskommt. Diese Methode hat den Vorteil einer geringen Störanfälligkeit
und einer guten Reproduziferbarkeit.
-
Bei diesem Verfahren ändert,sich mit dem Hochfrequenzverlust ,die
Amplitude und die Frequenz.
-
Das neue Verfahren kann auch derart durchgeführt werden, daß die Frequenzänderung
nach der Schwebungsmethode gemessen wird.
-
Bei der einfachsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meß verf
ahrens nach der Methode des Schwingaudions führen zu dem Meßteil, da dieser neben
der Meßspule außerdem noch die mit dieser gekoppelte Gitterspule enthält, vier Zuleitungen.
Um dies zu vermeiden, kann in das Schwingandion an Stelle einer Einfachgitterröhre
eine Doppelgitterröhre oder Hexode verwendet werden. Ein anderer Weg besteht darin,
daß die Meßspule nur einen Teil der Schwingkreisindúktivität bildet und daß dessen
anderer Teil mit der Gitterspule gekoppelt ist. Dabei kann der mit der Gitterspule
gekoppelte Teil zusammen mit Rihre und Kondensator in einem Gerät untergebracht
werden, so daß nunmehr zwei Leitungen zur Meßspule führen. Dabei kannsdie eine Seite
des aus dem Kondensator und der Meßspule gebildeten Kreises geerdet sein. In diesem
Fall wird die Vorrichtung zweckmäßig derart ausgebildet, daß von der Meßspule nur
eine hochfrequenzführende Ableitung abgeht, die als koaxiales Kabel mit geerdetem
Mantel ausgeführt ist.
-
Eine andere Methode zur Ausführung des erfindungsgiemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die Hochfrequenzverluste bei konstanter Frequenz gemessen werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Veränderungen der Leitfähigkeit in Abhängigkeit
von der Frequenz genau bestimmt werden können. Bei einer einfachen Ausführunsgsform
dieser Methode wird das Spannungsminimum an einem aus einem Abstimmkondensator und
der Meß spule gebildeten Reihenresonanzkreis gemessen.
-
Durch Einstellung des Kondensators auf das Spannungsminimum wird die
durch die Verluste veränderte Induktivität der Spule gemessen und dann aus der bestimmten
Restspannung am abgestimmten Schwingkreis die Verluste bestimmt. Für eine dauernde
Messung mit dieser Methode kann der Abstimmkondensator durch einen mechanischen
Antrieb fortlaufend angetrieben werden.
-
Bei diesem beschriebenen Verfahren mit konstanter Frequenz kann vorteilhaft
zur Messung der Hochfrequenzspannung an der Resonanzschaltung ein Audionröhrenvoltmeter
mit einer Gllimmoslzillographenröhre, als Anzeigeinstrument betrieben, dienen. Dabei
kann der Aibstimmkondensator durch einen Elektromotor angetrieben und der Audionkomplex
derart bemessen werden, daß die Periode des Kondensatorantriebs größer als das Produkt
aus Kapazität mal Widerstand des Gitterkreises und dieses größer als die Periode
der Hochfrequenzschwingung ist. Durch die periodische Änderung der Schwingkreiskapazität
und deren Kopplung mit derAblesung wird ein direkt anzeigendes Verfahren geschaffen.
Soll adie Induktivität gemessen werden, dann kann die Skala {des Abstimmkondensators
stroboskopisch durch eine in den Spitzen der Anodenspannung aufleuchtende Glimmlampe
be leuchtet werden, die demnach in den Tälern der Hochfrequenzspannung aufleuchtet.
-
Zur Messung der Hochfrequenzverluste der Meßspule ist auch ein anderes
Verfahren geeignet, bei demdie Hochfrequ'enzverluste der Spule nach der
Dysatronmethode
gemessen werden, bei der der negative Widerstand derRöhre, der gerade zur vollständigen
Entdämpfung des Kreises erforderlich ist, das Verlustmaß angibt.
-
Die zu untersuchende Materie kann in verschiedenen Formen in das
Feld der Meßspule gebracht werden. Die Konstruktion der Meßgefäße, insbesondere
für Flüssigkeiten, richtet sich je nach den Erfordernissen der Messungen. Zur leichten
Durchführung von Vergleichsmessungen unterschiedlicher Flüssigkeiten kann die Spule
senkrecht gestellt und die Flüsesigkeit in einem kleinen Stande zylinder bis zu
einer bestimmten Höhe eingefüllt in die Meßspule eingebracht werden. Es ist dabei
darauf zu achten, gdaß die Lageader Meßspule zur Flüssigkeitssäule stets die gleiche
ist. Um dies zu erreichen, kann der Meßzylinder in an sich bekannter Art und Weise
in entsprechender Form ausgebildet sein. Dabei kann die Meßspule auf einem Trolitulzylinder
aufgewickelt sein, der den Meßzylinder umgibt und durch Anschläge in seiner Lage
bestimmt ist.
-
Die Spule kann auch jede andere Form besitzen.
-
In der Zeichnung sind einige Schaltschemen zur Durchführung des Verfahrens
und einige Spulenformen schematisch Idargestellt, und zwar zeigt Abb. I eine Meßschaltung
nach dem Prinzip des Schwingaudions, Abb. 2 eine Schwingaudionschaltung mit geteilter
Induktivität des Schwingkreises, Abb. 3 eine Meßschaltung unter Verwendung einer
konstanten Frequenz, Abb. 4 eine Meßschaltung wie Abb. 3 unter Verwendung eines
Audionröhrenvoltmeters, Abb. 5, 6, 7 Meßspulen.
-
Bei dem Schlaltschema nach Abb. I bezeichnet R die Röhre, A die Anode,
K die Kathode und G das Gitter. Die Meßspule L1, deren Hochfrequenzverluste bestimmt
werden sollen, liegt parallel dem Kondensator C1 und bildet mit ihm den Anodenschwingkreis
einer normalen Kopplungsschaltung.
-
In Serie mitsdem Schwingkreis liegt das Gleichstrominstrument 1 und
die Anodenbatterie B. Der Gitterkreis enthält die Rückkopplungsspule L2 und den
aus dem Kondensator C2 und dem Widerstand W bestehenden Audionkomplex, der dileRöhre
zum Indikator macht. Wenn die Wechselstromamplitude groß ist, wächst die an W liegende,
durch Idie Gleichrichterwirkung der Gitterkathodenstrecke entstehende negative Gittervorspannung,
die den Anodengleichstrom bestimmt, der durch das Instrument I gemessen wird. Der
Anodenstrom ist also um so geringer, je größer die Wechselspannung ist. Andererseits
ist aber die Wechselspannung um so größer, je kleiner die Verluste des Schwingungskreis
es sind. Der Ausschlag von I wächst also mit wachsenden Verlusten. In der beschriebenen
Schaltung ändert sich mit den Verlusten Amplitude und Frequenz. Man könnte auch
die Frequenzänderung, die durch Schwebungsmethoden sehr genau zu bestimmen ist,
zur Messung heranziehen.
-
Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 ist die Schwingkreisinduktivität
aufgeteilt. Parallel zu der Spule L3 liegt eine aus der Meßspule L1 und dem Kondensator
C bestehende Serienschaltung, zieren unteres Ende geerdet ist, so daß nur eine hocho
frequenzführesde Zuleitung zur Meßspule L1 vorhanden ist, die als koaxiales Kabel
mit geerdetes Mantel ausgeführt werden kann.
-
Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist die Meßspule ebenfalls mit
L bezeichnet, die mit dem Abstimmkondensator C in Reihe liegt. Der Generator G sendet
.über den hohen Widerstand R einen konstanten Strom durch ecken Spannungsresonanzkreis
L-C, an dem eine durch M gemessene Spannung entsteht. Durch Einstellung des Kondensators
auf das Spannungsmiinimum wird die durch die Verluste veränderte Induktivität von
L gemessen, durch die mit Hilfe von M gemessene Restspannung am abgestimmten Kreis
L-C die Verluste.
-
Durch mechanischen Antrieb von C läßt sich auch mit solchen Anordnungen
dauernd messen, d. h. überwachen.
-
Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 schickt der Hochfrequenzgenerator
S durch den Wilderstand R einen Hochfrequenzstrom durch die aus L und C bestehende
Serienschaltung. Die Spule L enthält die zu messende Flüssigkeit. Der rechts gezeichnet
Teil Ider Schaltung ist ein Audionröhrenvoltmeter, in dem das Instrument durcheineGlimmlampe
G, ersetzt ist. Diese Glimmlampe leuchtet auf, wenn die Serienschaltung L-C auf
Resonanz abgestimmt ist. Wird der Kondensator C mit einer Skala versehen, Idie durch
die Glimmlampe beleuchtet und durch einen Motor angetrieben wird, so liest man offenbar
immer die Resonanztage des Kondensators ab, denn nur in der Resonanziage leuchtet
die Glimmlampe auf.
-
In Abb. 5 ist eine Meßvorrichtung für Flüsfsigkeiten dargestellt.
Diese besteht aus einem Meßzylinder tI, der, mit einer Marke 2 versehen, bis zu
der mit oder zu untersuchend<enFl'üssigkeit gefüllt werden muß. tffberlden Meßzylinder
ist ein Trolitulzylinder 3 geschoben, dessen Lage durch zwei Nasen 4 am Meßzylinder
definiert ist. Der Trolitul zylinder trägt die Wicklung 5 der Meßspule. Der Meßzylinder
kann olme weiteres aus; der Spule heraulsgezogen, gereinigt und neu gefüllt werden.
-
Die Abb. 6 zeigt eine spiralförmige Meßspule 6, die in einem Flachglasgefäß
7 untergebracht ist.
-
In Abb. 7 ist eine !Meßspule 8 dargestellt, die in einem Zylindermantel
9 aus Glas, Hartgummi, Porzelian od. dgl. untergebracht ist.