PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19944932A1 21.06.2000
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration und der Zusammensetzung von Lösungen
Anmelder UST Umweltsensortechnik GmbH, 98716 Geschwenda, DE
Erfinder Kiesewetter, Olaf, Dr., 98716 Geschwenda, DE
Vertreter Liedtke, K., Dr.-Ing., Pat.-Anw., 99089 Erfurt
DE-Anmeldedatum 20.09.1999
DE-Aktenzeichen 19944932
Offenlegungstag 21.06.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2000
IPC-Hauptklasse G01N 27/22
IPC-Nebenklasse G01R 27/26   
Zusammenfassung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die einfach zu handhaben und unempfindlich gegen Verschmutzung ist sowie über einen ausreichenden Signalhub verfügt.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß in einem begrenzten Raum, zu dem der Flüssigkeitsaustausch mit der zu untersuchenden Flüssigkeit (1) erschwert ist, die Dielektrizitätskonstante der Lösung an einer Grenzfläche durch Verändern der Grenzflächentemperatur variiert wird, wobei an einer sprunghaften Veränderung der Dielektrizitätskonstante die Temperatur des Gefrierpunktes erkannt und die zugehörige Temperatur ermittelt wird und aus dieser Temperatur die Konzentration der Lösung bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration und der Zusammensetzung von Lösungen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration und der Zusammensetzung von Lösungen.

In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, die Zusammensetzung von Lösungen zu ermitteln. So ist z. B. erforderlich, den Zuckergehalt in Most und Wein, den Alkoholgehalt im Bier und Spirituosen oder die Zusammensetzung der Kühlflüssigkeit im Motor von Fahrzeugen und des Wischwassers zu bestimmen, um den Gefrierpunkt dieser Flüssigkeiten zu überwachen.

Im Stand der Technik sind physikalische Verfahren bekannt, bei denen aus der Verschiebung des Brechungsindex an Grenzflächen oder in Lösungen Aussagen zur Konzentration der Lösungen getroffen werden können. Diese Verfahren weisen im allgemeinen den Nachteil auf, daß die Temperatur in starkem Maße das Meßergebnis beeinflußt. Ebenso ist es kompliziert, die Konzentration von Gemischen zu bestimmen, die aus mehr als zwei Stoffen bestehen.

Die zur Messung benötigten Vorrichtungen erfordern oft kostenaufwendige optische Bauteile und müssen aufwendig justiert und gewartet werden.

Mit den Bekannten Verfahren sind deshalb preiswerte Meßgeräte nicht herstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach zu handhaben und unempfindlich gegen Verschmutzung ist sowie über einen ausreichenden Signalhub verfügt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 3 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung nutzt die Veränderung der Dielektrizitätskonstante beim Übergang einer wässrigen Lösung in den festen Aggregatzustand zur Gewinnung von Aussagen zur Konzentration der Lösung. Da die relative Dielektrizitätskonstante von Wasser einen Wert von ca. 80 erreicht und dieser Wert bei Eis in der Nähe von 1 liegt, ändert ein Streufeldkondensator seine Kapazität stark, wenn die über den Kondensator befindliche Wasserschicht zu Eis erstarrt.

Dieser Effekt tritt auch dann auf, wenn an Stelle von Wasser ein Gemisch von verschiedenen Flüssigkeiten vorliegt. Der Gefrierpunkt dieser Gemische ist einerseits stark temperaturabhängig und stellt andererseits ein Maß für die Zusammensetzung der Flüssigkeit dar.

Um ein Vermischen des Meßmediums mit der Gesamtflüssigkeit beim Heizen und Abkühlen zu verhindern, sind Mischungsbarrieren zwischen Meßmedium und umgebender Flüssigkeit angebracht.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Meßanordnung und

Fig. 3 die Anordnung eines Streufeldkondensators.

Fig. 1 erläutert die Anwendung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung an einem Flüssigkeitsbehälter. Die Meßvorrichtung wird hierzu mit dem unteren Teil des Gehäuses 2 in die zu untersuchende Flüssigkeit 1 getaucht.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Meßanordnung in einem Gehäuse 2 angeordnet, welches teilweise in die zu untersuchende Flüssigkeit 1 getaucht wird. Im einzutauchendem Bereich des Gehäuses 2 befindet sich ein Meßraum 3, der mit einer Trennwand von der übrigen Flüssigkeit 1 getrennt ist. Am Boden des Gehäuses 2 sind kleine Bohrungen 4 angebracht, die nur einen langsamen Austausch der Flüssigkeit im Meßraum mit der übrigen, das Gehäuse umgebenden Flüssigkeit 1, gestatten. Im oberen Bereich des Meßraums 3 ist ein Meßelement 11 mit einem Streufeldkondensator angeordnet ist, der über ein Kupferbauelement 5 mit einer Temperiereinrichtung verbunden ist. Die Temperiereinrichtung enthält sowohl Mittel zum Heizen als auch zum Kühlen. Im dargestellten Fall ist ein mit einem Kühlkörper 7 verbundenes Peltierelement 6 angebracht.

In Fig. 3 ist das Meßelement 11 dargestellt. Vorteilhafterweise ist der Streufeldkondensator als Interdigitalkondensator ausgebildet ist, wobei sich zwischen den Elektroden 9 eine als Meßwiderstand zur Temperaturmessung ausgebildete weitere Elektrode befindet. Auf den Elektroden 10 ist eine Isolationsschicht 10 angebracht.

Um den Temperaturaustausch zwischen Meßraum und umgebender Flüssigkeit 1, der das Meßergebnis verfälschen würde, zu erschweren, kann das Gehäuse 2 mit einer hier nicht dargestellten thermisch isolierenden Schicht ausgekleidet werden. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Flüssigkeit

2 Gehäuse

3 Meßraum

4 Bohrungen

5 Kupferbauelement

6 Peltierelement

7 Kühlkörper

8 Substrat

9 Elektroden

10 Isolierschicht


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Konzentrationsbestimmung in Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem begrenztem Raum, zu dem der Flüssigkeitsaustausch mit der zu untersuchenden Flüssigkeit (1) erschwert ist, die Dielektrizitätskonstante der Lösung an einer Grenzfläche durch Verändern der Grenzflächentemperatur variiert wird, wobei an einer sprunghaften Veränderung der Dielektrizitätskonstante die Temperatur des Gefrierpunktes erkannt und die zugehörige Temperatur ermittelt wird und aus dieser Temperatur die Konzentration der Lösung bestimmt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur um den Gefrierpunkt pendelt, um eine dynamische Auswertung zu ermöglichen.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem Gehäuse (2), welches teilweise in die zu untersuchende Flüssigkeit (1) getaucht wird, im einzutauchendem Bereich ein Meßraum (3) befindet, der mit einer Trennwand von der übrigen Flüssigkeit getrennt ist, welche mit Öffnungen (4) versehen ist, die nur einen langsamen Austausch der Flüssigkeit (1) im Meßraum mit der übrigen, das Gehäuse umgebenden Flüssigkeit (1) gestatten und in dem ein Streufeldkondensator angeordnet ist, der mit einer Temperiereinrichtung verbunden ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Streufeldkondensator mit einer Isolationsschicht (10) versehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperiereinrichtung sowohl Mittel zum Heizen als auch zum Kühlen enthält.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Streufeldkondensator als Interdigitalkondensator ausgebildet ist und zwischen den Elektroden (9) eine als Meßwiderstand zur Temperaturmessung ausgebildete weitere Elektrode angebracht ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) mit einer thermisch isolierenden Schicht ausgekleidet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com