kontaktlose Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Fluessigkeiten
Das Thema dieser Seminararbeit ist eine der 17 Aufgaben des IYPT (International Young Physicsists Tournament) des Jahres 2002.
Das IYPT ist ein Turnier welches jedes Jahr physikalische Probleme veröffentlicht, die bisher nur unzulänglich erforscht wurden und somit nicht alleine durch die Lektüre von Fachliteratur gelöst werden können.
Aufgabenstellung welcher die Arbeit gewidmet ist:
“How can you measure the electroconductivity of salt solutions without using direct contact electrodes? Analyse the problem and demonstrate your device.”
sowie ihre sinngemäße Übersetzung: ”
Wie kann man die elektrische Leitfähigkeit von Salzlösungen ohne den direkten Kontakt von Elektroden messen? Analysiere das Problem und führe deine Vorrichtung vor.
Die Ansätze
Überlegungen Das bekannteste und auch einfachste Verfahren für die Leitfähigkeitsmessung einer Flüssigkeit ist eine konduktive Messung, zwei an eine konstante Spannungsquelle angeschlossene Elektroden werden in eine Flüssigkeit getaucht. Der Strom in der Flüssigkeit ist dann proportional zu deren Leitwert. Der große Nachteil dieses Verfahrens ist aber, dass die Elektroden leicht verschmutzen oder angegriffen werden und es so zu Serienwiderständen oder zur Elektrolyse kommen kann, welche die Messergebnise enorm verfälschen. Für solche Anwendungen z.B. in der Lebensmittelindutrie muss ein Verfahren gefunden werden, welches es ermöglicht, die Leitfähigkeit einer Flüssigkeit ohne deren direkten Kontakt zu messen. Durch die Aufgabenstellung wurde ja auch das konduktive Verfahren ausgeschlossen, so dass wir zu folgenden Zwischenergebnissen kamen: entweder man geht das ganze Problem optisch an, was bei einem bekannten Elektrolyt (wie hier mit einer NaCl Lösung) auch möglich sein sollte (laut Endress & Hauser auch in der Industrie angewandt). Wenn man sich eine Eichskala anlegt, anhand der man dann die optischen Eigenschaften der Flüssigkeit mit deren Leitfähigkeit in Verbindung setzt, lässt sich über die Reflektionseigenschaften der Leitwert der Flüssigkeit hinreichend genau bestimmen. Leider schied dieses Verfahren für uns aus, da wir nicht die technischen Voraussetzungen hatten, solche Messungen durchzuführen (es ist eine komplizierte Optik vonnöten). oder man versucht sich mit Feldern dem Ziel zu nähern, in Betracht kommen das elektrische Feld und das magnetische Feld. Dies schien uns die angemessenste Lösung zu sein und so konzentrierten wir unsere Überlegungen auf diese beiden Felder. Also stellten wir gewisse Überlegungen an und kamen zu folgenden Ideen…
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Tags: elektronik, iypt, leitfähigkeit, messung, physik