WO2010034668A1 - Inductive conductivity sensor - Google Patents

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WO2010034668A1
WO2010034668A1 PCT/EP2009/062081 EP2009062081W WO2010034668A1 WO 2010034668 A1 WO2010034668 A1 WO 2010034668A1 EP 2009062081 W EP2009062081 W EP 2009062081W WO 2010034668 A1 WO2010034668 A1 WO 2010034668A1
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WO
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coil
toroidal
conductivity sensor
medium
coils
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/062081
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German (de)
French (fr)
Inventor
Marco VÖLKER
Timo Kaufmann
Original Assignee
Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg filed Critical Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg
Publication of WO2010034668A1 publication Critical patent/WO2010034668A1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/023Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil
    • G01N27/025Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil a current being generated within the material by induction

Definitions

  • the invention relates to an inductive conductivity sensor for detecting the electrical conductivity of a liquid medium, comprising a first Ringpuie enclosing a first acted upon by the medium through opening, for inducing a current in the medium, and a second annular coil, which a second with the medium actable through opening encloses, for detecting a generated by the current induced in the medium magnetic field.
  • Such inductive conductivity sensors function in the manner of a double transformer, wherein the first toroidal coil serves as excitation coil and the second ring pump serves as SpeciespuJe.
  • this ring coil assembly which forms a conductivity cell, is inserted into the medium so that a current path can form around the exciter coil and the receiver coil.
  • the excitation coil When the excitation coil is applied with an AC signal, it generates a magnetic field which induces in the current path a current whose magnitude depends on the electrical conductivity of the medium.
  • This current which is also an alternating current, is measured inductively with the receiver coil. Therefore, the alternating current supplied by the receiver coil from the output signal or a corresponding alternating voltage supplied by the receiver coil is a function of the electrical conductivity of the medium to be examined.
  • an inductive conductivity sensor For applying the excitation coil with such an alternating voltage signal, an inductive conductivity sensor comprises a transmitting device electrically connected to the excitation coil coil for supplying the coil with an alternating voltage and a receiving device electrically connected to the receiver coil Forwarding of the output signal of the receiver coil, so the measurement signal to the measuring electronics of the conductivity sensor, which optionally digitizes the measurement signal and determined by means of a microcontroller from the measurement signal, the conductivity measured value. The measuring signal and / or the conductivity measured value can then be forwarded to a higher-level unit and / or output via a display unit.
  • Inductive conductivity sensors of this type are known, for example, from US Pat. No. 3,603,873, DE 198 51 146 A1. DE 41 16 468 A1. DE 10 2006 025 194 A1 and DE 10 2006 056 174 A1.
  • Inductive conductivity sensors have a typical measuring range of about 20 ⁇ S / cm to 2 S / cm.
  • the measurement range at low conductivities is limited by the fact that the signals of the receiver coil are very small and are superimposed by the residual coupling signal (output signal of the receiver coil in the absence of a medium).
  • the Restkoppiungssignal is composed in particular of a capacitive coupling of the leads and toroidal coils and a parasitic inductive coupling of the Ringspuien.
  • the parasitic inductive coupling of the toroidal coils is due to an interference field, which is oriented perpendicular to the main component of the magnetic field of the individual toroidal coils, which extends along an annular closed path running within the toroidal coil.
  • the toroidal coil can be encapsulated in a receptacle of post-annealed high permeability material, eg, Mumetal.
  • high permeability of the Mumetalls decreases with cold deformation, so that the Mumetall has to be laboriously finished after processing in order to restore the high permeability.
  • Obtaining such prefabricated shields for the production of shielded toroidal coils, for example for use in the manufacture of conductivity sensors, is correspondingly expensive. Care must also be taken with this type of production that further deformation of the prefabricated shield again leads to a reduction in the permeability.
  • the same electrical conductor is further wound in a second layer to form a second coil winding around the toroidal core, the second coil winding being composed of the same number of individual turns having the same winding sense as the first coil winding however, their winding progress in the opposite direction is like the winding progress of the first coil winding.
  • the interference field generated by the first coil winding should be substantially compensated by the corresponding interference field of the second coil winding.
  • a conductivity sensor which overcomes the disadvantages of the prior art.
  • a conductivity sensor is to be specified, which has an acceptable ZeN constant with reduced parasitic inductive coupling.
  • an inductive conductivity sensor for detecting the electrical conductivity of a liquid medium, comprising a first annular coil, which encloses a first through opening which can be acted upon by the medium, for inducing a flow in the medium, a second annular coil which encloses a second through-acting with the medium through opening, for detecting a magnetic field generated by the current induced in the medium, wherein the first annular coil is arranged inclined relative to the second annular coil.
  • the tendency of the toroidal coils against each other causes the Störfeider the toroidal coils overlap only slightly, resulting in a reduced inductive coupling of the coils.
  • the cell constant of such an arrangement is significantly lower than in a coplanar paraxial ring coil arrangement.
  • the inclined arrangement of the coils thus represents a compromise between a conductivity sensor with koaxiai successively arranged toroidal coils, which has the advantage of a low cell constant, the interference fields of the toroidal coils maxmia!
  • the term "toroidal coil” here and in the following designates a coil with a closed magnetic path
  • the coil may have a magnetic or magnetizable core or be designed as a coreless coil
  • the magnetic path must be self-contained or at least bridged by air gaps
  • the ring shape is the simplest form, but any other shapes are conceivable, such as ellipses, rectangles, or other polygons, such as a toroid having a central axis If the toroidal coil has no cylindric symmetry, but instead a cylindrical axis-symmetrical annulus coil is a rotational symmetry axis
  • the central axis extends, for example, through the center of the polygon or through a central point located between the ellipse focal points within the ellipse.
  • a first annular coil is inclined relative to a second annular coil, this means that their central axes-in the case of cylindrically symmetrical coils-are rotational symmetry axes-intersect, i. an angle greater than 0 ° and less than 180 °.
  • the angle subtended by the central axes here and hereinafter means, in particular, the angle between a first half-line, which runs from the intersection of the central axes of the first and second toroidal coils along the central axis of the first toroidal coil through the first toroidal coil, and a second half-line which, starting from the point of intersection of the central axes of the first and second toroidal coils, runs along the central axis of the second toroidal coil through the second toroidal coil.
  • the central axes of the toroidal coils enclose an angle of more than 0 ° and less than 100 °, in particular between 10 ° and 100 °, in particular between 30 ° and 100 °. Particularly preferred is an angle of 90 °.
  • the coils can also be arranged relative to one another such that, for example within the scope of the manufacturing tolerance, their central axes are slightly skewed relative to one another.
  • the inclined arrangement of the first ring coil relative to the second ring coil means that at least one imaginary surface exists, in which both axes can be projected, and in which the projected axes intersect.
  • the coils are arranged in a common housing such that the central openings of the toroidal coils enclosed by the toroidal coils are connected to one another by at least one bore in the housing.
  • the openings are connected to each other by a single cylinder bore in the housing.
  • a continuous cylinder bore can be flowed through particularly well by the measuring medium, so that no turbulence or air bubbles within the bore or within the through opening enclosed by the toroidal coils interfere with the measurement.
  • the housing has additional holes, are guided by the conductor for electrical contacting of the toroidal coils.
  • the housing consists of steel, in particular of steel with a permeability of more than 500, in particular more than 1500.
  • the housing acts as an electrical and magnetic shielding of the toroidal coils, whereby the coupling of unwanted electrical and / or magnetic fields further reduced becomes.
  • the housing is used as an electrical shield, it is advantageously grounded.
  • At least one of the toroidal coils is arranged in a housing mounted in a housing made of a material with high permeability, in particular more than 5000 , Similarly, an additional electrical shielding may be provided.
  • At least one of the toroidal coils is integrated in a multilayer printed circuit board, wherein the windings of the toroidal coil pass through a multiplicity of first conductor sections that run in a first plane of the printed circuit board, a multiplicity of second conductor sections that run in a second plane of the printed circuit board, and a variety of
  • a multilayer printed circuit board comprises a plurality of layers or layers stacked one above the other in a stacking direction, in which conductor tracks or conductor sections or other components can be arranged.
  • Such integrated in a printed circuit board Ringspuien can be prepared with conventional techniques of printed circuit board manufacturing, for example in the so-called PCB (printed circuit board) technology, such as in O. Dezuari, SE Gilbert, E. Belloy, MAM Gijs, "A new hybrid technology for pianar microtransformer fabrication ", Sensors and Actuators A 71, 1998, pp.
  • PCB printed circuit board
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section illustration of two annular coils of a conductivity sensor arranged in an inclined manner relative to one another in a housing according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal section illustration of two ring coils of a conductivity sensor arranged in an inclined manner relative to one another in a housing according to a second embodiment
  • Receiver coil as a function of the resistance of a Porterschleife passing through the Spectra and an exciter coil in various ring coil assemblies;
  • Leet foundedssensor output signal as a function of normalized conductivity of a liquid medium.
  • Fig. 1 is a circuit according to the invention Ringpuienan extract 1 for an inductive conductivity sensor with the corresponding Interference fields shown.
  • the exciter coil 3 has a central axis Z3. If the excitation coil 3, for example, designed cylindrically symmetric, the central axis Z3 forms a rotational symmetry axis.
  • the associated receiver coil 5 is also an annular coil shown in longitudinal section as a rectangle with a coil winding, not shown, which encloses a through opening 6, and has a central axis Z5. In the case that the receiver coil 5 is designed cylindrically metric, the central axis Z5 forms a rotational symmetry axis of the receiver coil fifth
  • FIG. 1 also shows the magnetic interference field 7 generated by current flow from the exciter coil 3 as well as the magnetic interference field 9 generated accordingly by the current flowing from the receiver coil 5.
  • the interference fields 7 and 9 cause substantial overlap with the initially described parasitic inductive coupling of the exciter coil 3 with the receiver coil. 5
  • the receiver coil 5 is arranged inclined relative to the exciter coil 3.
  • the central axes Z3 and Z5 intersect as a result at the intersection S.
  • the angle between a first half-line H1, which extends from the intersection S along the central axis Z3 through the exciter coil 3, and a second half-line H2, which starting from the intersection point S along the central axis Z5 passes through the receiver coil 5, corresponds to the angle ⁇ included by the central axes Z3 and Z5.
  • this angle ⁇ 90 ⁇
  • the lower overlap of the interference fields leads to a reduced parasitic inductive coupling of the two toroidal coils.
  • FIG. 2 shows an example of a toroidal coil assembly 201 housed in a carrier according to the principle described in connection with FIG. 1 for use in a conductivity sensor for measuring the conductivity of a liquid medium.
  • the exciter coil 203 and the receiver coil 205 are again designed as ring coils.
  • the receiver coil 205 and the exciter coil 203 are shown schematically in longitudinal section as rectangles. They are fixed in a housing 211, which has a bore 215, which can be flowed through by the liquid medium, so that the through openings 204 and 206 of both annular coils 203 and 205 are acted upon simultaneously with the medium.
  • a current path 213 can form through the medium whose conductivity is to be measured, which extends in part through the bore 215.
  • the bore 215 comprises two cylindrical sections, the cylindrical axes of symmetry each extending along one of the central axes of the ring coils 203 and 205 or parallel thereto.
  • FIG. 1 An advantageous variant for a ring coil arrangement 301 housed in a housing according to the principle described in connection with FIG. 1 is shown in FIG.
  • the excitation coil 303 and the receiver coil 305 are formed in a similar manner in this arrangement as in the Ringpuienan extract shown in Fig. 1 and Fig. 2. Their central axes in turn include an angle ⁇ of 90 °.
  • the toroidal coils 303 and 305 are fixed in a housing 311, wherein for the electrical contacting of the ring coils 303 and 305 additional holes 319 are provided in the housing 311 through which conductors for electrical contacting of the toroidal coils 303 and 305 can be guided.
  • the housing 311 is grounded and thus simultaneously serves as an electrical shield for the toroidal coils 303 and 305.
  • the housing 311 is provided with a bore 315 through which a liquid medium can flow, so that the through openings 304, 306 of both annular coils 303 and 305 are simultaneously acted upon by the medium and can form in operation a current path 313, which passes through both Rssenspulen 303 and 305 and then closes around the coils.
  • a single through-cylinder bore 317 is provided here, its cyan axis of symmetry with the central axes of the annular coils
  • Bore 317 is designed as a single continuous cylinder bore, so that no kinking of the bore 317 required estst to the
  • Drill tool for producing the bore 317 in the housing 311 is only once to set.
  • Conductor loop thus replaces the current path that would form in a liquid medium when the excitation coil is exposed to an alternating voltage.
  • the exciter coil is subjected to an alternating voltage, then a current is induced in the conductor loop whose current strength depends on the resistance of the conductor loop. This current is measured inductively with the receiver coil.
  • the measuring current plotted on the ordinate of the diagram in FIG. 4 corresponds to the alternating current signal output by the receiver coil.
  • the abscissa shows the conductor loop resistance. Both abscissa and ordinate have a logarithmic scale. In the experiment, the conductor loop resistance was varied by switching in resistor elements with different ohmic resistance.
  • the so-called "characteristic curve" of a toroidal coil arrangement thus reproduces the strength of the measuring signal as a function of the ohmic resistance of the measuring medium (which is reciprocal to the conductivity), in the present case the conductor loop. only to determine the residual coupling, without the cell constant of the toroidal coil assembly enters into the output from the receiver coil current signal.
  • Fig. 4 three characteristics are plotted for three different ring coil assemblies.
  • exciter and receiver coils are arranged axially one behind the other.
  • exciter and receiver are coplanar achsparaliel arranged in the third Ringpuienan Aunt (circles) exciter and receiver coil are arranged such that their central axes enclose an angle of 90.
  • the three arrangements in a Wäderstands Scheme between 10 2 and 5-10 4 ⁇ a comparable, linear behavior.
  • the residual coupling of the ring coil arrangements becomes noticeable.
  • the measured characteristic is yet to a resistivity of 10 6 ⁇ approximately linearly, for example, the coplanar Ringspuienan instructor, while the corresponding characteristic for the first Ringspuienan instruct, wherein the coils are arranged axially one behind the other, already at a resistance of approximately 5-10 4 ⁇ kinks and runs at higher resistance values substantially parallel to the abscissa.
  • This is an indication of the influence of the residual coupling on the output signal of the receiver coil.
  • the residual coupling is essentially caused by the undesired parasitic inductive coupling between the excitation coil and the receiver coil.
  • the characteristic curve of the third ring coil arrangement according to the invention deviates from a linear resistance only at a resistance of approximately 5 10 5 ⁇ .
  • the influence of the residual coupling is therefore significantly lower here than in the coaxial first ring coil arrangement.
  • FIG. 5 shows simulated traces of a normalized lightness sensor output signal in the three considered ring coil assemblies as a function of normalized conductivity in a liquid medium.
  • the characteristics shown in FIG. 5 only represent a relative comparison of the individual ring coil arrangements with one another. Absolute readings can not be taken from the chart.
  • FIG. 5 analogous to FIG. 4, three curves of the normalized output signals for three different respective rijne coil arrangements in a conductivity sensor in a liquid are plotted.
  • exciter and receiver coils are arranged axially one behind the other.
  • exciter and receiver coil are arranged coplanar axis-parallel.
  • the exciter and receiver coils are arranged such that their central axes enclose an angle of 90 °.
  • the third ring coil arrangement in which the central axes of the receiver and exciter coil enclose an angle of 90 °, has an equally large linear measuring range as the second toroidal coil arrangement with coplanar axis-parallel toroidal coils, namely from unit-less normalized conductivity values of more than a value of 10 "4.
  • the third toroidal coil assembly shows less deviation from the ideal linear behavior than the second annular coil arrangement.
  • the third toroidal coil assembly in which the central axes of the excitation and receiver coils enclose an angle of 90 °, is particularly well suited because it compromises between a toroidal coil assembly having coaxially successively disposed toroidal coils that support the Advantageous having a low cell constant, but the interference fields of the Ringspuien overlap maxmial, and a coplanar paraxial ring coil arrangement in which the parasitic inductive coupling of the toroidal coils is very low due to minimal overlap of the interference fields, but on the other hand has a high cell constant represents.

Abstract

An inductive conductivity sensor for detecting the electrical conductivity of a liquid medium comprises a first toroidal coil surrounding a first penetrating opening that can be subjected to the medium, said first toroidal coil inducing a current in the medium, a second toroidal coil surrounding a second penetrating opening that can be subjected to the medium, said second toroidal coil detecting a magnetic field generated by the current induced in the medium, characterized in that the first toroidal coil is disposed at an angle relative to the second toroidal coil.

Description

Induktiver Leitfähigkeitssensor Inductive conductivity sensor
Die Erfindung betrifft einen induktiven Leitfähigkeitssensor zum Erfassen der elektrischen Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums, umfassend eine erste Ringspuie, welche eine erste mit dem Medium beaufschlagbare durchgehende Öffnung umschließt, zum Induzieren eines Stroms in dem Medium, und eine zweite Ringspule, welche eine zweite mit dem Medium beaufschlagbare durchgehende Öffnung umschließt, zum Erfassen eines durch den im Medium induzierten Strom erzeugten Magnetfelds.The invention relates to an inductive conductivity sensor for detecting the electrical conductivity of a liquid medium, comprising a first Ringpuie enclosing a first acted upon by the medium through opening, for inducing a current in the medium, and a second annular coil, which a second with the medium actable through opening encloses, for detecting a generated by the current induced in the medium magnetic field.
Derartige induktive Leitfähigkeitssensoren funktionieren nach Art eines Doppeltransformators, wobei die erste Ringspule als Erregerspule und die zweite Ringspuie als EmpfängerspuJe dient. Um die Leitfähigkeit zu messen, wird diese Ringspuienanordnung, die eine Leitfähigkeitsmesszelle büdet, soweit in das Medium eingeführt, dass sich ein Strompfad um die Erregerspule und die Empfängerspule herum ausbilden kann. Wenn die Erregerspule mit einem Wechselspannungssignai beaufschlagt wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das in dem Strompfad einen Strom induziert, dessen Größe von der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums abhängig ist. Dieser Strom, der ebenfalls ein Wechselstrom ist, wird induktiv mit der Empfängerspule gemessen. Daher ist der von der Empfängerspule aus Ausgabesignal gelieferte Wechselstrom bzw. eine entsprechende von der Empfängerspule gelieferte Wechselspannung eine Funktion der elektrischen Leitfähigkeit des zu untersuchenden Mediums.Such inductive conductivity sensors function in the manner of a double transformer, wherein the first toroidal coil serves as excitation coil and the second ring pump serves as EmpfängererspuJe. To measure the conductivity, this ring coil assembly, which forms a conductivity cell, is inserted into the medium so that a current path can form around the exciter coil and the receiver coil. When the excitation coil is applied with an AC signal, it generates a magnetic field which induces in the current path a current whose magnitude depends on the electrical conductivity of the medium. This current, which is also an alternating current, is measured inductively with the receiver coil. Therefore, the alternating current supplied by the receiver coil from the output signal or a corresponding alternating voltage supplied by the receiver coil is a function of the electrical conductivity of the medium to be examined.
Zur Beaufschlagung der Erregerspule mit einem solchen Wechselspannungssignal umfasst ein induktiver Leitfähigkeitssensor eine mit der Erregerspulespule elektrisch verbundene Sendeeinrichtung zum Speisen der Spule mit einer Wechselspannung und eine mit der Empfängerspule elektrisch verbundene Empfangseinrichtung zur Weiterleitung des Ausgabesignals der Empfängerspule, also des Messsignals, an die Messelektronik des Leitfähigkeitssensors, die das Messsignal gegebenenfalls digitalisiert und mittels eines Mikrocontrollers aus dem Messsignal den Leitfähigkeitsmesswert ermittelt. Das Messsignal und/oder der Leitfähigkeitsmesswert kann dann an eine übergeordnete Einheit weitergegeben und/oder über eine Anzeigeeinheit ausgegeben werden.For applying the excitation coil with such an alternating voltage signal, an inductive conductivity sensor comprises a transmitting device electrically connected to the excitation coil coil for supplying the coil with an alternating voltage and a receiving device electrically connected to the receiver coil Forwarding of the output signal of the receiver coil, so the measurement signal to the measuring electronics of the conductivity sensor, which optionally digitizes the measurement signal and determined by means of a microcontroller from the measurement signal, the conductivity measured value. The measuring signal and / or the conductivity measured value can then be forwarded to a higher-level unit and / or output via a display unit.
Induktive Leitfähigkeitssensoren dieser Art sind beispielsweise aus US 3,603,873, DE 198 51 146 A1. DE 41 16 468 A1. DE 10 2006 025 194 A1 sowie DE 10 2006 056 174 A1 bekannt.Inductive conductivity sensors of this type are known, for example, from US Pat. No. 3,603,873, DE 198 51 146 A1. DE 41 16 468 A1. DE 10 2006 025 194 A1 and DE 10 2006 056 174 A1.
Induktive Leitfähigkeitssensoren weisen einen typischen Messbereich von etwa 20 μS/cm bis 2 S/cm auf. Der Messbereich bei geringen Leitfähigkeiten ist dadurch beschränkt, dass die Signale der Empfängerspule sehr gering sind und vom Restkopplungssignal (Ausgabesignal der Empfängerspuie in Abwesenheit eines Mediums) überlagert werden. Das Restkoppiungssignal setzt sich insbesondere zusammen aus einer kapazitiven Kopplung der Zuleitungen und Ringspulen und einer parasitären induktiven Kopplung der Ringspuien.Inductive conductivity sensors have a typical measuring range of about 20 μS / cm to 2 S / cm. The measurement range at low conductivities is limited by the fact that the signals of the receiver coil are very small and are superimposed by the residual coupling signal (output signal of the receiver coil in the absence of a medium). The Restkoppiungssignal is composed in particular of a capacitive coupling of the leads and toroidal coils and a parasitic inductive coupling of the Ringspuien.
Die parasitäre induktive Kopplung der Ringspulen ergibt sich aufgrund eines Störfelds, welches senkrecht zu der Hauptkomponente des Magnetfelds der einzelnen Ringspulen ausgerichtet ist, die entlang eines innerhalb der Ringspule verlaufenden, ringförmigen geschlossenen Pfades verläuft.The parasitic inductive coupling of the toroidal coils is due to an interference field, which is oriented perpendicular to the main component of the magnetic field of the individual toroidal coils, which extends along an annular closed path running within the toroidal coil.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Störfeld mit Hilfe von hochpermeablen magnetischen Werkstoffen abzuschirmen. Beispielsweise kann die Ringspule in einer Aufnahme aus nachgeglühtem hochpermeablem Material, z.B. Mumetall, eingekapselt werden. Diese Art der Schirmung hat jedoch Nachteile. Die hohe Permeabilität des Mumetalls verringert sich bei Kaltverformung, so dass das Mumetall nach Bearbeitung aufwändig schlussgegiüht werden muss, um die hohe Permeabilität wieder herzustellen. Das Beziehen solcher vorgefertigter Schirmungen für die Herstellung von geschirmten Ringspulen, zum Beispiel zur Verwendung in der Fertigung von Leitfähigkeitssensoren, ist entsprechend kostspielig. Bei dieser Art der Fertigung ist außerdem darauf zu achten, dass eine weitere Verformung der vorgefertigten Schirmung wieder zur Verringerung der Permeabilität führt.From the prior art it is known to shield the interference field by means of high-permeability magnetic materials. For example, the toroidal coil can be encapsulated in a receptacle of post-annealed high permeability material, eg, Mumetal. This kind However, the shield has disadvantages. The high permeability of the Mumetalls decreases with cold deformation, so that the Mumetall has to be laboriously finished after processing in order to restore the high permeability. Obtaining such prefabricated shields for the production of shielded toroidal coils, for example for use in the manufacture of conductivity sensors, is correspondingly expensive. Care must also be taken with this type of production that further deformation of the prefabricated shield again leads to a reduction in the permeability.
In US 3,806,798 ist ein induktiver Leitfähigkeitssensor mit zwei Ringspuien zur Messung der Leitfähigkeit eines Fluids beschrieben, wobei die Ringspulen jeweils einen ferromagnetischen Ringkern aufweisen. Zur Bildung jeder Ringspule ist ein elektrischer Leiter in einer ersten Lage unter Bildung einer ersten Spuienwickiung, die sich aus einer Vielzahl von Einzel-Windungen zusammensetzt, und die sich zwischen einem Anfangsund einem Endpunkt, die beide auf dem Ringkern liegen, erstreckt, um den Ringkern gewunden. Zwischen dem Endpunkt- und dem Anfangspunkt ist derselbe elektrische Leiter weiterhin in einer zweiten Lage unter Bildung einer zweiten Spulenwicklung um den Ringkern gewunden, wobei sich die zweite Spulenwicklung aus der gleichen Zahl von Einzel-Windungen mit dem gleichen Windungssinn zusammensetzt wie die erste Spulenwicklung, wobei jedoch ihr Windungsfortschritt in entgegen gesetzter Richtung verläuft wie der Windungsfortschritt der ersten Spuienwickiung. Auf diese Weise soll bei Stromfluss durch den elektrischen Leiter das von der ersten Spulenwicklung erzeugte Störfeid durch das entsprechende Störfeld der zweiten Spulenwicklung im Wesentlichen kompensiert werden.In US 3,806,798 an inductive conductivity sensor with two Ringspuien for measuring the conductivity of a fluid is described, wherein the toroidal coils each having a ferromagnetic ring core. To form each toroidal coil, an electrical conductor is in a first layer to form a first coil winding composed of a plurality of single turns and extending between a start and an end point, both on the toroidal core, about the toroidal core wound. Between the end point and the starting point, the same electrical conductor is further wound in a second layer to form a second coil winding around the toroidal core, the second coil winding being composed of the same number of individual turns having the same winding sense as the first coil winding however, their winding progress in the opposite direction is like the winding progress of the first coil winding. In this way, when the current flows through the electrical conductor, the interference field generated by the first coil winding should be substantially compensated by the corresponding interference field of the second coil winding.
Um eine möglichst vollständige gegenseitige Kompensation der Störfelder der beiden Spulenwicklungen zu erzielen, kommt es bei der Ringspuienanordnung der US 3,806,789 darauf an, dass die einzelnen Windungen die gleiche Steigung besitzen und möglichst exakt symmetrisch zueinander orientiert sind, so dass an jeder Stelle der Windung zwei entgegen gesetzte Magnetfeidkomponenten im Wesentlichen gleicher Stärke auftreten. Die Fertigung einer derartigen Spulenwicklung mit ausreichender Genauigkeit ist jedoch extrem aufwändig und nur mit hohem Aufwand umzusetzen.In order to achieve a complete mutual compensation of the interference fields of the two coil windings, it comes in the Ringpuienanordnung of US 3,806,789 on the fact that the individual turns have the same slope and are oriented as exactly symmetrical to each other, so that occur at each point of the winding two opposite Magnetfeidkomponenten substantially equal strength. However, the production of such a coil winding with sufficient accuracy is extremely complex and implement only with great effort.
In US 4,740,755 ist angegeben, dass eine koplanare und achsparallele Spulenanordnung zweier Ringspulen in einem Leitfähigkeitssensor, die Restkopplung verringern soll. Damit geht jedoch entsprechend Flexibilität bei der Anordnung der Ringspulen und der konstruktiven Ausgestaltung des Leitfähigkeitssensors verloren. Weiterhin ist aufgrund der Bauform die Zellkonstante einer derartigen Spulenanordnung um ein Vielfaches höher als bei einer Ringspuienanordnung, bei der die Ringspulen koaxial hintereinander angeordnet sind, da die Zellkonstante proportional zur Länge des Strompfads ist. Eine derartige Erhöhung der Zellkonstante führt zu einer wesentlichen Reduzierung des Dynamikbereichs des Sensors.In US 4,740,755 it is stated that a coplanar and axially parallel coil arrangement of two toroidal coils in a conductivity sensor should reduce the residual coupling. However, this flexibility is lost in the arrangement of the toroidal coils and the structural design of the conductivity sensor. Furthermore, due to the design, the cell constant of such a coil arrangement is many times higher than in a Ringpuienanordnung in which the toroidal coils are arranged coaxially one behind the other, since the cell constant is proportional to the length of the current path. Such an increase in the cell constant leads to a substantial reduction in the dynamic range of the sensor.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Leitfähigkeitssensor bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll ein Leitfähigkeitssensor angegeben werden, der bei verringerter parasitärer induktiver Kopplung eine akzeptable ZeNkonstante aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide an inductive conductivity sensor which overcomes the disadvantages of the prior art. In particular, a conductivity sensor is to be specified, which has an acceptable ZeN constant with reduced parasitic inductive coupling.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen induktiven Leitfähigkettssensor zum Erfassen der elektrischen Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums, umfassend eine erste Ringspule, weiche eine erste mit dem Medium beaufschlagbare durchgehende Öffnung umschließt, zum Induzieren eines Stroms in dem Medium, eine zweite Ringspule, welche eine zweite mit dem Medium beaufschlagbare durchgehende Öffnung umschließt, zum Erfassen eines durch den im Medium induzierten Strom erzeugten Magnetfelds, wobei die erste Ringspule gegenüber der zweiten Ringspule geneigt angeordnet ist.This object is achieved by an inductive conductivity sensor for detecting the electrical conductivity of a liquid medium, comprising a first annular coil, which encloses a first through opening which can be acted upon by the medium, for inducing a flow in the medium, a second annular coil which encloses a second through-acting with the medium through opening, for detecting a magnetic field generated by the current induced in the medium, wherein the first annular coil is arranged inclined relative to the second annular coil.
Die Neigung der Ringspulen gegeneinander führt dazu, dass die Störfeider der Ringspulen nur wenig überlappen, was zu einer verringerten induktiven Kopplung der Spulen führt. Gleichzeitig ist, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, die Zellkonstante einer solchen Anordnung deutlich geringer als bei einer koplanaren achsparallelen Ringspulenanordnung. Die geneigte Anordnung der Spulen stellt also einen Kompromiss dar zwischen einem Leitfähigkeitssensor mit koaxiai hintereinander angeordneten Ringspulen, der den Vorteil einer niedrigen Zellkonstante aufweist, wobei die Störfelder der Ringspulen jedoch maxmia! überlappen, und einer koplanar achsparailelen Ringspulenanordnung, bei der die parasitäre induktive Kopplung der Ringspulen aufgrund minimaler Überlappung der Störfeider sehr gering ist, die aber andererseits eine hohe Zelikonstante aufweist.The tendency of the toroidal coils against each other causes the Störfeider the toroidal coils overlap only slightly, resulting in a reduced inductive coupling of the coils. At the same time, as described in more detail below, the cell constant of such an arrangement is significantly lower than in a coplanar paraxial ring coil arrangement. The inclined arrangement of the coils thus represents a compromise between a conductivity sensor with koaxiai successively arranged toroidal coils, which has the advantage of a low cell constant, the interference fields of the toroidal coils maxmia! overlap, and a coplanar achsparailelen ring coil arrangement in which the parasitic inductive coupling of the toroidal coils is very low due to minimal overlap of the Störfeider, but on the other hand, has a high Zelikonstante.
Der Begriff „Ringspule" bezeichnet hier und im Folgenden eine Spule mit einem in sich geschlossenen magnetischen Pfad. Die Spule kann einen magnetischen oder magnetäsierbaren Kern aufweisen, oder als kernlose Spule ausgestaltet sein. Der magnetische Pfad muss in sich geschlossen oder zumindest durch Luftspalte überbrückt verlaufen. Auf die Gestalt des ringförmigen Verlaufs kommt es dabei nicht an. Ein Kreisring ist die einfachste Form, gleichermaßen sind aber auch beliebige andere Formen denkbar, wie beispielsweise Ellipsen, Rechtecke oder andere Polygone. Eine derartige Ringspule weist eine zentrale Achse auf, die im Fall einer zylindersymmetrischen Kreisringspule eine Rotationssymmetrieachse ist. Falls die Ringspule keine Zylindersymmetrie aufweist, sondern beispielsweise als Ellipse oder als Polygon ausgestaltet ist, verläuft die zentrale Achse beispielsweise durch den Mittelpunkt des Polygons bzw. durch einen zentralen, zwischen den Ellipsenbrennpunkten lokalisierten Punkt innerhalb der Ellipse.The term "toroidal coil" here and in the following designates a coil with a closed magnetic path The coil may have a magnetic or magnetizable core or be designed as a coreless coil The magnetic path must be self-contained or at least bridged by air gaps The ring shape is the simplest form, but any other shapes are conceivable, such as ellipses, rectangles, or other polygons, such as a toroid having a central axis If the toroidal coil has no cylindric symmetry, but instead a cylindrical axis-symmetrical annulus coil is a rotational symmetry axis For example, designed as an ellipse or as a polygon, the central axis extends, for example, through the center of the polygon or through a central point located between the ellipse focal points within the ellipse.
Ist also eine erste Ringspule gegenüber einer zweiten Ringspule geneigt angeordnet, bedeutet dies, dass sich ihre zentralen Achsen - im Falle von zylindersymmetrischen Spulen handelt es sich dabei um Rotationssymmetrieachsen - schneiden, d.h. einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 180° einschließen.If, therefore, a first annular coil is inclined relative to a second annular coil, this means that their central axes-in the case of cylindrically symmetrical coils-are rotational symmetry axes-intersect, i. an angle greater than 0 ° and less than 180 °.
Unter dem von den zentralen Achsen eingeschlossenen Winkel wird hier und im Folgenden insbesondere der Winkel zwischen einer ersten Haibgeraden, welche ausgehend vom Schnittpunkt der zentralen Achsen der ersten und zweiten Ringspule entlang der zentralen Achse der ersten Ringspule durch die erste Ringspule verläuft, und einer zweiten Halbgeraden, welche ausgehend vom Schnittpunkt der zentralen Achsen der ersten und zweiten Ringspule entlang der zentralen Achse der zweiten Ringspule durch die zweite Ringspule verläuft, verstanden.The angle subtended by the central axes here and hereinafter means, in particular, the angle between a first half-line, which runs from the intersection of the central axes of the first and second toroidal coils along the central axis of the first toroidal coil through the first toroidal coil, and a second half-line which, starting from the point of intersection of the central axes of the first and second toroidal coils, runs along the central axis of the second toroidal coil through the second toroidal coil.
In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform schließen die zentralen Achsen der Ringspulen einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 100°, insbesondere zwischen 10° und 100°, insbesondere zwischen 30° und 100° ein. Besonders bevorzugt ist dabei ein Winkel von 90°.In a presently preferred embodiment, the central axes of the toroidal coils enclose an angle of more than 0 ° and less than 100 °, in particular between 10 ° and 100 °, in particular between 30 ° and 100 °. Particularly preferred is an angle of 90 °.
Alternativ können die Spulen auch so zueinander angeordnet sein, dass, beispielsweise im Rahmen der Fertigungstoleranz, ihre zentralen Achsen leicht windschief zueinander stehen. In diesem Fall bedeutet die geneigte Anordnung der ersten Ringspule gegenüber der zweiten Ringspule, dass mindestens eine gedachte Fläche existiert, in die beide Achsen projiziert werden können, und in der sich die projizierten Achsen schneiden. In einer Ausgestaltung sind die Spulen in einem gemeinsamen Gehäuse derart angeordnet, dass die von den Ringspulen umschlossenen zentralen Öffnungen der Ringspulen durch mindestens eine Bohrung im Gehäuse miteinander verbunden sind.Alternatively, the coils can also be arranged relative to one another such that, for example within the scope of the manufacturing tolerance, their central axes are slightly skewed relative to one another. In this case, the inclined arrangement of the first ring coil relative to the second ring coil means that at least one imaginary surface exists, in which both axes can be projected, and in which the projected axes intersect. In one embodiment, the coils are arranged in a common housing such that the central openings of the toroidal coils enclosed by the toroidal coils are connected to one another by at least one bore in the housing.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind die Öffnungen durch eine einzige Zylinderbohrung im Gehäuse miteinander verbunden. Dies ist zum einen fertigungstechnisch besonders einfach, zum anderen kann eine durchgehende Zylinderbohrung besonders gut vom Messmedium durchströmt werden, so dass keine Turbulenzen oder Luftblasen innerhalb der Bohrung oder innerhalb der von den Ringspulen umschlossenen durchgehenden Öffnung die Messung stören.In a particularly advantageous development, the openings are connected to each other by a single cylinder bore in the housing. On the one hand, this is particularly easy to manufacture, on the other hand, a continuous cylinder bore can be flowed through particularly well by the measuring medium, so that no turbulence or air bubbles within the bore or within the through opening enclosed by the toroidal coils interfere with the measurement.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse zusätzliche Bohrungen auf, durch die Leiter zur elektrischen Kontaktierung der Ringspulen geführt sind.In an advantageous embodiment, the housing has additional holes, are guided by the conductor for electrical contacting of the toroidal coils.
In einer Ausgestaltung besteht das Gehäuse aus Stahl, insbesondere aus Stahl mit einer Permeabilitätszahl von mehr als 500, insbesondere von mehr als 1500. Somit wirkt das Gehäuse als elektrische und magnetische Abschirmung der Ringspulen, wodurch die Einkopplung unerwünschter elektrischer und/oder magnetischer Felder weiter reduziert wird. Wenn das Gehäuse als elektrische Schirmung genutzt wird, liegt es vorteilhafterweise auf Masse.In one embodiment, the housing consists of steel, in particular of steel with a permeability of more than 500, in particular more than 1500. Thus, the housing acts as an electrical and magnetic shielding of the toroidal coils, whereby the coupling of unwanted electrical and / or magnetic fields further reduced becomes. When the housing is used as an electrical shield, it is advantageously grounded.
In einer Ausgestaltung, die insbesondere für den Fall, dass eine zusätzliche magnetische Schirmung der Ringspulen erforderlich ist, vorteilhaft ist, ist mindestens eine der Ringspulen jeweils in einer im Gehäuse gefassten Aufnahme aus einem Material mit hoher Permeabilitätszah!, insbesondere von mehr als 5000, angeordnet. Gleichermaßen kann eine zusätzliche elektrische Schirmung vorgesehen sein.In one embodiment, which is advantageous in particular for the case where an additional magnetic shielding of the toroidal coils is required, at least one of the toroidal coils is arranged in a housing mounted in a housing made of a material with high permeability, in particular more than 5000 , Similarly, an additional electrical shielding may be provided.
In einer weiteren Ausgestaltung ist mindestens eine der Ringspulen in eine mehrlagige Leiterkarte integriert, wobei die Windungen der Ringspule durch eine Vielzahl von ersten Leiterabschnitten, die in einer ersten Ebene der Leiterkarte verlaufen, eine Vielzahl zweiter Leiterabschnitte, die in einer zweiten Ebene der Leiterkarte verlaufen, und einer Vielzahl vonIn a further embodiment, at least one of the toroidal coils is integrated in a multilayer printed circuit board, wherein the windings of the toroidal coil pass through a multiplicity of first conductor sections that run in a first plane of the printed circuit board, a multiplicity of second conductor sections that run in a second plane of the printed circuit board, and a variety of
Durchkontaktierungen, welche die ersten Leiterabschnitte mit den zweiten Leiterabschnitten verbinden, gebildet sind.Via contacts, which connect the first conductor sections with the second conductor sections, are formed.
Eine mehrlagige Leiterkarte umfasst mehrere schichtweise in einer Stapelrichtung übereinander gestapelte Ebenen oder Lagen, in denen Leiterbahnen oder Leiterabschnitte oder sonstige Bauteile angeordnet sein können.A multilayer printed circuit board comprises a plurality of layers or layers stacked one above the other in a stacking direction, in which conductor tracks or conductor sections or other components can be arranged.
Solche in eine Leiterkarte integrierte Ringspuien können mit herkömmlichen Techniken der Leiterkartenfertigung hergestellt werden, z.B. in der sogenannten PCB (printed circuit board)-Technik, wie z.B. in O. Dezuari, S.E. Gilbert, E. Belloy, M.A.M. Gijs, „A new hybrid technology for pianar microtransformer fabrication", Sensors and Actuators A 71 , 1998, S. 198-207, beschrieben. Diese Art der Fertigung ist zum einen einfach automatisierbar. Zum anderen erlaubt die Herstellung einer Ringspule mit einer PCB-Technik eine höhere Präzision bei der Herstellung der einzelnen Windungen der Spulenwicklung als die bei der Spulenwicklung von herkömmlichen Spulen angewendeten Verfahren. Indem die Spulenwickfung mit höherer Präzision hergestellt werden kann, können auch die Windungen einheitlicher ausgeführt werden, was zu homogeneren und damit besser berechenbaren Streufeldern der Ringspulen führt, die leichter kompensiert werden können als das inhomogenere Streufeid einer herkömmlichen Ringspule. Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:Such integrated in a printed circuit board Ringspuien can be prepared with conventional techniques of printed circuit board manufacturing, for example in the so-called PCB (printed circuit board) technology, such as in O. Dezuari, SE Gilbert, E. Belloy, MAM Gijs, "A new hybrid technology for pianar microtransformer fabrication ", Sensors and Actuators A 71, 1998, pp. 198-207, this type of fabrication is on the one hand easily automatable, on the other hand, the production of a toroidal coil with a PCB technique allows a higher precision in the production By making coil winding with higher precision, the turns can be made more uniform, resulting in more homogeneous and thus more predictable stray fields of the toroidal coils that are more easily compensated may be considered the more inhomogeneous truncation of a conventional ringp ule. The invention will now be explained with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Längsschnitt-Darstellung einerFig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a
Ringspulenanordung in einem Leitfähigkeitssensor mit einer gegenüber der Empfängerspule geneigt angeordneten Senderspule;Ring coil assembly in a conductivity sensor with a relative to the receiver coil inclined arranged transmitter coil;
Fig. 2 eine schematische Längsschnitt-Darstellung zweier zueinander geneigt angeordneter Ringspulen eines Leitfähigkeitssensors in einem Gehäuse nach einer ersten Ausgestaltung;FIG. 2 shows a schematic longitudinal section illustration of two annular coils of a conductivity sensor arranged in an inclined manner relative to one another in a housing according to a first embodiment; FIG.
Fig. 3 eine schematische Längsschnitt-Darstellung zweier zueinander geneigt angeordneter Ringspulen eines Leitfähigkeitssensors in einem Gehäuse nach einer zweiten Ausgestaltung;3 shows a schematic longitudinal section illustration of two ring coils of a conductivity sensor arranged in an inclined manner relative to one another in a housing according to a second embodiment;
Fig. 4 ein Diagramm experimentell ermittelter Stromsignale einer4 is a diagram of experimentally determined current signals of a
Empfängerspule als Funktion des Widerstands einer die Empfängerspuie und eine Erregerspule durchsetzenden Leiterschleife bei verschiedenen Ringspulenanordnungen;Receiver coil as a function of the resistance of a Leiterschleife passing through the Empfängererspuie and an exciter coil in various ring coil assemblies;
Fig. 5 ein Diagramm mit für verschiedene Ringspulenanordnungen berechneten Verläufen eines normierten5 shows a diagram with curves of a normalized curve calculated for different ring coil arrangements
Leätfähigkeitssensor-Ausgangssignals als Funktion einer normierten Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums.Leetfähigkeitssensor output signal as a function of normalized conductivity of a liquid medium.
In Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Ringspuienanordnung 1 für einen induktiven Leitfähigkeitssensor mit den entsprechenden Störfeldern dargestellt. Die im Längsschnitt stark vereinfacht als Rechteck dargestellte Erregerspule 3 ist als Ringspule mit einer nicht dargestellten Spulenwicklung ausgestaltet, die eine mit dem Messmedium beaufschlagbare durchgehende Öffnung 4 umschließt. Die Erregerspule 3 weist eine zentrale Achse Z3 auf. Ist die Erregerspule 3 beispielsweise zylindersymmetrisch ausgestaltet, bildet die zentrale Achse Z3 eine Rotationssymmetrieachse. Die zugehörige Empfängerspule 5 ist ebenfalls eine im Längsschnitt als Rechteck dargestellte Ringspule mit einer nicht dargestellten Spulenwicklung, welche eine durchgehende Öffnung 6 umschließt, und weist eine zentrale Achse Z5 auf. Im Falle, dass die Empfängerspule 5 zylindersym metrisch ausgestaltet ist, bildet die zentrale Achse Z5 eine Rotationssymmetrieachse der Empfängerspule 5.In Fig. 1 is a circuit according to the invention Ringpuienanordnung 1 for an inductive conductivity sensor with the corresponding Interference fields shown. The excitation coil 3, which is shown greatly simplified in longitudinal section as a rectangle, is configured as an annular coil with a coil winding, not shown, which encloses a through opening 4 which can be acted upon by the measuring medium. The exciter coil 3 has a central axis Z3. If the excitation coil 3, for example, designed cylindrically symmetric, the central axis Z3 forms a rotational symmetry axis. The associated receiver coil 5 is also an annular coil shown in longitudinal section as a rectangle with a coil winding, not shown, which encloses a through opening 6, and has a central axis Z5. In the case that the receiver coil 5 is designed cylindrically metric, the central axis Z5 forms a rotational symmetry axis of the receiver coil fifth
In Fig. 1 sind weiterhin das bei Stromfluss von der Erregerspule 3 erzeugte magnetische Störfeld 7 sowie das entsprechend bei Stromfluss von der Empfängerspule 5 erzeugte magnetische Störfeld 9 zu sehen. Die Störfelder 7 und 9 bewirken bei wesentlicher Überlappung die eingangs beschriebene parasitäre induktive Kopplung der Erregerspule 3 mit der Empfängerspule 5.FIG. 1 also shows the magnetic interference field 7 generated by current flow from the exciter coil 3 as well as the magnetic interference field 9 generated accordingly by the current flowing from the receiver coil 5. The interference fields 7 and 9 cause substantial overlap with the initially described parasitic inductive coupling of the exciter coil 3 with the receiver coil. 5
Die Empfängerspule 5 ist gegenüber der Erregerspule 3 geneigt angeordnet. Die zentralen Achsen Z3 und Z5 schneiden sich infolgedessen im Schnittpunkt S. Der Winkel zwischen einer ersten Halbgerade H1 , welche ausgehend vom Schnittpunkt S entlang der zentralen Achse Z3 durch die Erregerspule 3 hindurch verläuft, und einer zweiten Halbgerade H2, welche ausgehend vom Schnittpunkt S entlang der zentralen Achse Z5 durch die Empfängerspule 5 hindurch verläuft, entspricht dem von den zentralen Achsen Z3 und Z5 eingeschlossenen Winkel α. Im Beispiel der Fig. 1 beträgt dieser Winkel α=90Λ Dies führt, wie in Fig. 1 zu sehen, zu einer verhältnismäßig geringen Überlappung der Störfelder 7 und 9, die insbesondere deutlich geringer ist, ais dies bei einer koaxialen Anordnung der Erregerspule 3 und der Empfängerspule 5 hintereinander der Fall wäre. Die geringere Überlappung der Störfelder führt zu einer verringerten parasitären induktiven Kopplung der beiden Ringspulen.The receiver coil 5 is arranged inclined relative to the exciter coil 3. The central axes Z3 and Z5 intersect as a result at the intersection S. The angle between a first half-line H1, which extends from the intersection S along the central axis Z3 through the exciter coil 3, and a second half-line H2, which starting from the intersection point S along the central axis Z5 passes through the receiver coil 5, corresponds to the angle α included by the central axes Z3 and Z5. In the example of FIG. 1, this angle α = 90Λ This leads, as seen in Fig. 1, to a relatively small overlap of interference fields 7 and 9, which in particular is significantly lower, ais this would be the case with a coaxial arrangement of the exciter coil 3 and the receiver coil 5 in succession. The lower overlap of the interference fields leads to a reduced parasitic inductive coupling of the two toroidal coils.
In Fig. 2 ist ein Beispiel für eine in einem Träger untergebrachte Ringspulenanordnung 201 nach dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Prinzip zur Verwendung in einem Leitfähigkeitssensor zur Messung der Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums gezeigt.FIG. 2 shows an example of a toroidal coil assembly 201 housed in a carrier according to the principle described in connection with FIG. 1 for use in a conductivity sensor for measuring the conductivity of a liquid medium.
Die Erregerspule 203 und die Empfängerspuie 205 sind wiederum ais Ringspulen gestaltet. In Fig. 2 sind die Empfängerspule 205 und die Erregerspule 203 schematisch im Längsschnitt als Rechtecke dargestellt. Sie sind in einem Gehäuse 211 fixiert, das eine Bohrung 215 aufweist, die von dem flüssigen Medium durchströmt werden kann, so dass die durchgehenden Öffnungen 204 und 206 beider Ringspulen 203 und 205 gleichzeitig mit dem Medium beaufschlagbar sind. Auf diese Weise kann sich im Sensorbetrieb ein Strompfad 213 durch das Medium, dessen Leitfähigkeit zu messen ist, ausbilden, der zum Teil durch die Bohrung 215 verläuft. Die Bohrung 215 umfasst zwei zylindrische Teilabschnitte, deren Zylindersymmetrieachsen sich jeweils entlang einer der zentralen Achsen der Ringspulen 203 und 205 oder parallel dazu erstrecken.The exciter coil 203 and the receiver coil 205 are again designed as ring coils. In Fig. 2, the receiver coil 205 and the exciter coil 203 are shown schematically in longitudinal section as rectangles. They are fixed in a housing 211, which has a bore 215, which can be flowed through by the liquid medium, so that the through openings 204 and 206 of both annular coils 203 and 205 are acted upon simultaneously with the medium. In this way, in the sensor operation, a current path 213 can form through the medium whose conductivity is to be measured, which extends in part through the bore 215. The bore 215 comprises two cylindrical sections, the cylindrical axes of symmetry each extending along one of the central axes of the ring coils 203 and 205 or parallel thereto.
Eine vorteilhafte Variante für eine in einem Gehäuse untergebrachte Ringspulenanordnung 301 nach dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Prinzip ist in Fig. 3 dargestellt. Die Erregerspule 303 und die Empfängerspule 305 sind in dieser Anordnung gleichartig ausgebildet wie bei den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ringspuienanordnungen. Ihre zentralen Achsen schließen wiederum einen Winkel α von 90° ein. Die Ringspulen 303 und 305 sind in einem Gehäuse 311 fixiert, wobei zur elektrischen Kontaktierung der Ringspuien 303 und 305 zusätziiche Bohrungen 319 im Gehäuse 311 vorgesehen sind, durch die Leiter zur elektrischen Kontaktierung der Ringspulen 303 und 305 geführt werden können. Das Gehäuse 311 hegt auf Masse und dient so gleichzeitig als elektrische Schirmung für die Ringspulen 303 und 305. Das Gehäuse 311 ist mit einer Bohrung 315 versehen, die von einem flüssigen Medium durchströmt werden kann, so dass die durchgehenden Öffnungen 304, 306 beider Ringspuien 303 und 305 gleichzeitig mit dem Medium beaufschlagbar sind und sich im Betrieb ein Strompfad 313 ausbilden kann, der beide Rängspulen 303 und 305 durchsetzt und sich dann um die Spulen herum schließt.An advantageous variant for a ring coil arrangement 301 housed in a housing according to the principle described in connection with FIG. 1 is shown in FIG. The excitation coil 303 and the receiver coil 305 are formed in a similar manner in this arrangement as in the Ringpuienanordnungen shown in Fig. 1 and Fig. 2. Their central axes in turn include an angle α of 90 °. The toroidal coils 303 and 305 are fixed in a housing 311, wherein for the electrical contacting of the ring coils 303 and 305 additional holes 319 are provided in the housing 311 through which conductors for electrical contacting of the toroidal coils 303 and 305 can be guided. The housing 311 is grounded and thus simultaneously serves as an electrical shield for the toroidal coils 303 and 305. The housing 311 is provided with a bore 315 through which a liquid medium can flow, so that the through openings 304, 306 of both annular coils 303 and 305 are simultaneously acted upon by the medium and can form in operation a current path 313, which passes through both Rängspulen 303 and 305 and then closes around the coils.
Im Unterschied zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hier jedoch eine einzige durchgehende Zylinderbohrung 317 vorgesehen, deren Zyündersymmetrieachse mit den zentralen Achsen der RingspuienIn contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 2, however, a single through-cylinder bore 317 is provided here, its cyan axis of symmetry with the central axes of the annular coils
303 und 305 einen Winkel von etwa 45° einschließt. Abwandlungen von dieser Geometrie sind denkbar, entscheidend ist dabei jedoch, dass die303 and 305 includes an angle of about 45 °. Modifications of this geometry are conceivable, but it is crucial that the
Bohrung 317 als einzelne durchgehende Zylinderbohrung ausgestaltet ist, so dass kein Abknicken der Bohrung 317 erforderlich äst, um dieBore 317 is designed as a single continuous cylinder bore, so that no kinking of the bore 317 required estst to the
Beaufschlagung beider durchgehender Öffnungen der Ringspuien mit demActuation of both through openings of the Ringspuien with the
Medium zu gewährleisten. Dies erlaubt eine gegenüber dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine vereinfachte Fertigung, da dasTo ensure medium. This allows a comparison with the embodiment shown in FIG. 2, a simplified manufacturing, since the
Bohrwerkzeug zur Herstellung der Bohrung 317 im Gehäuse 311 nur einmal anzusetzen ist.Drill tool for producing the bore 317 in the housing 311 is only once to set.
Unter Verwendung des im Artikel Roos et al. Modeliierung induktiver Leitfähigkeitssensoren, Proceedings Simulationen mit der Finite Elemente Methode in Feinwerk- und Mikrotechnik, 1996, beschriebenen Modells für induktive Leitfähägkeitssensoren mit koaxial angeordneten Ringspuien wurde die Zellkonstante der Anordnung gemäß Fig. 3 auf 10 bis 15 cm'1 abgeschätzt. Dieser Wert ist zwar noch größer als die Zellkonstante einer koaxialen Ringspulenanordnung, bei der die Ringspulen axial hintereinander angeordnet sind (diese liegt in der Größenordnung von 5 cm"1), jedoch deutlich geringer a!s typische Zellkonstanten von koplanar achsparallelen Ringspulenanordnungen (Größenordnung von 50 cm"1). Dabei liegt die Zellkonstante der Ringspulenanordnung gemäß Fig. 3 noch etwas unter der Zellkonstante der Ringspulenanordnung gemäß Fig. 2.Using the method described in Roos et al. Modeling of Inductive Conductivity Sensors, Proceedings Simulations with the Finite Element Method in Precision Engineering and Microtechnology, 1996 model for inductive conductivity sensors with coaxially arranged ring coils became the cell constant of the arrangement according to FIG. 3 at 10 to 15 cm -1 estimated. Although this value is even greater than the cell constant of a coaxial ring coil arrangement in which the toroidal coils are arranged axially one behind the other (this is in the order of 5 cm "1 ), but significantly less typical cell constants of coplanar axis-parallel ring coil arrangements (order of magnitude of 50 cm "1 ). The cell constant of the toroidal coil arrangement according to FIG. 3 is still somewhat below the cell constant of the toroidal coil arrangement according to FIG. 2.
In Fig. 4 sind Messsignale der Empfängerspuie in drei jeweils unterschiedlichen Ringspulenanordnungen dargestellt, wobei imIn FIG. 4, measurement signals of the receiver coil are shown in three different ring coil arrangements, in which
Messaufbau anstelle eines flüssigen Mediums eine Leiterschieife derart vorgesehen ist, dass säe die Erregerspule und die Empfängerspule wie derMeasuring structure instead of a liquid medium a Leiterschieife is provided such that sow the field coil and the receiver coil as the
Strompfad in einem flüssigen Medium durchsetzt und umgibt. DieCurrent path interspersed in a liquid medium and surrounds. The
Leiterschleife ersetzt also den Strompfad, der sich in einem flüssigen Medium bei Beaufschlagung der Erregerspule mit einer Wechselspannung ausbilden würde.Conductor loop thus replaces the current path that would form in a liquid medium when the excitation coil is exposed to an alternating voltage.
Wird die Erregerspule mit einer Wechselspannung beaufschlagt, so wird in der Leiterschieife ein Strom induziert, dessen Stromstärke vom Widerstand der Leiterschieife abhängig ist. Dieser Strom wird induktiv mit der Empfängerspule gemessen. Der auf der Ordinate des Diagramms in Fig. 4 aufgetragene Messstrom entspricht dem von der Empfängerspule ausgegebenen Wechseistromsigna!. Auf der Abszisse ist der Leiterschleifenwiderstand aufgetragen. Sowohl Abszisse als auch Ordinate tragen eine logarithmische Skala. Im Experiment wurde der Leiterschleifenwiderstand variiert, indem Widerstandselemente mit unterschiedlichem ohmschem Widerstand zugeschaltet wurden. Die so ermittelte „Kennlinie" einer Ringspulenanordnung gibt also die Stärke des Messsignals als Funktion des Ohmschen Widerstands des Messmediums (der sich reziprok zur Leitfähigkeit verhält), im vorliegenden Fall der Leiterschleife, wieder. Diese Messung mittels Leiterschleife erlaubt es, lediglich die Restkopplung zu ermitteln, ohne dass die Zellkonstante der Ringspulenanordnung in das von der Empfängerspule ausgegebene Stromsignal eingeht.If the exciter coil is subjected to an alternating voltage, then a current is induced in the conductor loop whose current strength depends on the resistance of the conductor loop. This current is measured inductively with the receiver coil. The measuring current plotted on the ordinate of the diagram in FIG. 4 corresponds to the alternating current signal output by the receiver coil. The abscissa shows the conductor loop resistance. Both abscissa and ordinate have a logarithmic scale. In the experiment, the conductor loop resistance was varied by switching in resistor elements with different ohmic resistance. The so-called "characteristic curve" of a toroidal coil arrangement thus reproduces the strength of the measuring signal as a function of the ohmic resistance of the measuring medium (which is reciprocal to the conductivity), in the present case the conductor loop. only to determine the residual coupling, without the cell constant of the toroidal coil assembly enters into the output from the receiver coil current signal.
In Fig. 4 sind drei Kennlinien für drei jeweils unterschiedliche Ringspulenanordnungen aufgetragen. In der ersten Ringspulenanordnung (Kreuze) sind Erreger- und Empfängerspule axial hintereinander angeordnet. In der zweiten Ringspuienanordnung (Quadrate) sind Erreger- und Empfänger koplanar achsparaliel angeordnet, in der dritten Ringspuienanordnung (Kreise) sind Erreger- und Empfängerspule derart angeordnet, dass ihre zentralen Achsen einen Winkel von 90 einschließen.In Fig. 4, three characteristics are plotted for three different ring coil assemblies. In the first ring coil arrangement (crosses) exciter and receiver coils are arranged axially one behind the other. In the second Ringpuienanordnung (squares) exciter and receiver are coplanar achsparaliel arranged in the third Ringpuienanordnung (circles) exciter and receiver coil are arranged such that their central axes enclose an angle of 90.
Wie aus dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm hervorgeht, zeigen die drei Anordnungen in einem Wäderstandsbereich zwischen 102 und 5-104 Ω ein vergleichbares, lineares Verhalten. Bei höheren Widerständen und entsprechend geringeren Leitfähigkeiten macht sich die Restkopplung der Ringspulenanordnungen bemerkbar. So ist die gemessene Kennlinie beispielsweise für die koplanare Ringspuienanordnung noch bis zu einem Widerstand von 106 Ω annähernd linear, während die entsprechende Kennlinie für die erste Ringspuienanordnung, bei der die Spulen axial hintereinander angeordnet sind, bereits bei einem Widerstand von etwa 5-104 Ω abknickt und bei höheren Widerstandswerten im wesentlichen parallel zur Abszisse verläuft. Dies ist ein Indiz für den Eänfluss der Restkopplung auf das Ausgabesignal der Empfängerspule. Wie eingangs ausgeführt, wird die Restkopplung im Wesentlichen durch die unerwünschte parasitäre induktive Kopplung zwischen Erreger- und Empfängerspule verursacht.As can be seen from the diagram shown in FIG. 4, the three arrangements in a Wäderstandsbereich between 10 2 and 5-10 4 Ω a comparable, linear behavior. With higher resistances and correspondingly lower conductivities, the residual coupling of the ring coil arrangements becomes noticeable. Thus, the measured characteristic is yet to a resistivity of 10 6 Ω approximately linearly, for example, the coplanar Ringspuienanordnung, while the corresponding characteristic for the first Ringspuienanordnung, wherein the coils are arranged axially one behind the other, already at a resistance of approximately 5-10 4 Ω kinks and runs at higher resistance values substantially parallel to the abscissa. This is an indication of the influence of the residual coupling on the output signal of the receiver coil. As stated at the outset, the residual coupling is essentially caused by the undesired parasitic inductive coupling between the excitation coil and the receiver coil.
Die Kennlinie der erfindungsgemäßen dritten Ringspuienanordnung weicht erst ab einem Widerstand von etwa 5 105 Ω vom linearen Verhalten ab. Der Einfluss der Restkopplung ist hier folglich deutlich geringer ais bei der koaxialen ersten Ringspulenanordnung.The characteristic curve of the third ring coil arrangement according to the invention deviates from a linear resistance only at a resistance of approximately 5 10 5 Ω. The influence of the residual coupling is therefore significantly lower here than in the coaxial first ring coil arrangement.
Wie zuvor erwähnt, spielt die Zellkonstante der jeweiligen Ringspulenanordnung bei dem Experiment, das den im Diagramm der Fig. 4 dargestellten Kennlinien zugrunde liegt, keine Rolle. In Fig. 5 sind simulierte Verläufe eines normierten Leichtfähigkeitssensor- Ausgangssignals bei den drei betrachteten Ringspulenanordnungen als Funktion einer normierten Leitfähigkeit in einem flüssigen Medium gezeigt. Bei den Rechnungen wurde lediglich die Zellkonstante der jeweiligen Ringspulenanordnung berücksichtigt, während alle anderen Proportionalitäten, beispielsweise die Proportionalität zur Eingangsspannung, zum Quadrat der Windungszahl etc., vernachlässigt wurden. Daher geben die in Fig. 5 gezeigten Kennlinien nur einen relativen Vergleich der einzelnen Ringspulenanordnungen untereinander wieder. Absolute Messwerte können dem Diagramm dagegen nicht entnommen werden.As mentioned previously, the cell constant of the respective toroidal coil assembly does not matter in the experiment underlying the characteristics shown in the graph of FIG. FIG. 5 shows simulated traces of a normalized lightness sensor output signal in the three considered ring coil assemblies as a function of normalized conductivity in a liquid medium. In the calculations, only the cell constant of the respective ring coil arrangement was taken into account, while all other proportionalities, for example the proportionality to the input voltage, the square of the number of turns, etc., were neglected. Therefore, the characteristics shown in FIG. 5 only represent a relative comparison of the individual ring coil arrangements with one another. Absolute readings can not be taken from the chart.
In Fig. 5 sind analog zu Fig. 4 drei Verläufe der normierten Ausgangssignale für drei jeweils unterschiedliche Rängspulenanordnungen in einem Leitfähigkeitssensor in einer Flüssigkeit aufgetragen. In der ersten Ringspulenanordnung (Kreuze) sind Erreger- und Empfängerspule axial hintereinander angeordnet. In der zweiten Ringspulenanordnung (Quadrate) sind Erreger- und Empfängerspule koplanar achsparallel angeordnet. In der dritten Ringspulenanordnung (Kreise) sind Erregerund Empfängerspuie derart angeordnet, dass ihre zentralen Achsen einen Winkel von 90° einschließen. Auf der Ordinate ist ein normiertes Ausgangssignal des Leitfähigkeitssensors, das einem Stromsignal der Empfängerspule entspricht, aufgetragen, auf der Abszisse ist eine normierte Leitfähigkeit der Flüssigkeit aufgetragen. Abszisse und Ordinate tragen jeweils eine logarithmische Skala. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, weist die dritte Ringspulenanordnung, bei der die zentralen Achsen von Empfänger- und Erregerspule einen Winkel von 90° einschließen, einen ebenso großen linearen Messbereich auf, wie die zweite Ringspulenanordnung mit koplanar achsparallelen Ringspulen, nämlich ab einheitslosen normierten Leitfähigkeitswerten von mehr als einem Wert von 10"4. Im Bereich zwischen den einheitslosen normierten Leitfähigkeitswerten 5-10"6 und l O"4 zeigt die dritte Ringspulenanordnung eine geringere Abweichung vom idealen linearen Verhalten als die zweite Ringspulenanordnung. Für den Einsatz in einem induktiven Leitfähigkeitssensor zur Messung der Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums ist somit die dritte Ringspulenanordnung, bei der die zentralen Achsen der Erreger- und Empfängerspule einen Winkel von 90° einschließen, besonders gut geeignet, da sie einen Kompromiss zwischen einer Ringspulenanordnung mit koaxial hintereinander angeordneten Ringspulen, die den Vorteil einer niedrigen Zellkonstante aufweist, wobei die Störfelder der Ringspuien jedoch maxmial überlappen, und einer koplanar achsparallelen Ringspulenanordnung, bei der die parasitäre induktive Kopplung der Ringspulen aufgrund minimaler Überlappung der Störfelder sehr gering ist, die aber andererseits eine hohe Zellkonstante aufweist, darstellt. In FIG. 5, analogous to FIG. 4, three curves of the normalized output signals for three different respective ränge coil arrangements in a conductivity sensor in a liquid are plotted. In the first ring coil arrangement (crosses) exciter and receiver coils are arranged axially one behind the other. In the second ring coil arrangement (squares) exciter and receiver coil are arranged coplanar axis-parallel. In the third ring coil arrangement (circles), the exciter and receiver coils are arranged such that their central axes enclose an angle of 90 °. On the ordinate, a normalized output signal of the conductivity sensor corresponding to a current signal of the receiver coil is plotted, on the abscissa a normalized conductivity of the liquid is plotted. The abscissa and ordinate each have a logarithmic scale. As can be seen from FIG. 5, the third ring coil arrangement, in which the central axes of the receiver and exciter coil enclose an angle of 90 °, has an equally large linear measuring range as the second toroidal coil arrangement with coplanar axis-parallel toroidal coils, namely from unit-less normalized conductivity values of more than a value of 10 "4. in the area between the unitless normalized conductivity values 5-10" 6 and l O "4, the third annular coil assembly shows less deviation from the ideal linear behavior than the second annular coil arrangement. For use in an inductive conductivity sensor Thus, to measure the conductivity of a liquid medium, the third toroidal coil assembly, in which the central axes of the excitation and receiver coils enclose an angle of 90 °, is particularly well suited because it compromises between a toroidal coil assembly having coaxially successively disposed toroidal coils that support the Advantageous having a low cell constant, but the interference fields of the Ringspuien overlap maxmial, and a coplanar paraxial ring coil arrangement in which the parasitic inductive coupling of the toroidal coils is very low due to minimal overlap of the interference fields, but on the other hand has a high cell constant represents.

Claims

Patentansprüche claims
1. induktiver Leitfähigkeitssensor (1 , 201 , 301 ) zum Erfassen der elektrischen Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums, umfassend eine erste Ringspule (3, 203, 303), welche eine erste mit dem Medium beaufschlagbare durchgehende Öffnung umschließt, zum Induzieren eines Stroms in dem Medium, eine zweite Ringspule (5, 205, 305), welche eine zweite mit dem Medium beaufschlagbare durchgehende Öffnung umschließt, zum Erfassen eines durch den im Medium induzierten Strom erzeugten Magnetfelds, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringspule (3, 203, 303) gegenüber der zweiten Rängspule {5, 205, 305) geneigt angeordnet ist.An inductive conductivity sensor (1, 201, 301) for detecting the electrical conductivity of a liquid medium, comprising a first annular coil (3, 203, 303) which encloses a first through-acting with the medium through opening, for inducing a current in the medium a second annular coil (5, 205, 305), which encloses a second through-acting with the medium through opening, for detecting a generated by the current induced in the medium magnetic field, characterized in that the first annular coil (3, 203, 303) opposite the second Rängspule {5, 205, 305) is arranged inclined.
2. Leitfähigkeitssensor (1 , 201 , 301 ) nach Anspruch 1 , wobei die Ringspulen (3, 5, 203, 205, 303, 305) eine zentrale Achse (Z3, Z5), insbesondere eine Rotationssymmetheachse, aufweisen, und wobei die zentrale Achse (Z3) der ersten Ringspule (3, 203, 303) mit der zentralen Achse (Z5) der zweiten Ringspule (5, 205, 305) einen Winkel (α) von mehr als 0° und weniger als 180°, insbesondere von 90°, einschließt.2. conductivity sensor (1, 201, 301) according to claim 1, wherein the annular coils (3, 5, 203, 205, 303, 305) has a central axis (Z3, Z5), in particular a Rotationsssymmetheachse, and wherein the central axis (Z3) of the first annular coil (3, 203, 303) with the central axis (Z5) of the second annular coil (5, 205, 305) an angle (α) of more than 0 ° and less than 180 °, in particular of 90 ° , includes.
3. Leitfähigkeitssensor (1 , 201 , 301 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ringspulen (203, 205, 303, 305) in einem Gehäuse (211 , 311 ) derart angeordnet sind, dass die von den Ringspulen (203, 205, 303, 305) umschlossenen zentralen Öffnungen der Ringspulen (203, 205, 303, 305) durch mindestens eine Bohrung (215, 315) im Gehäuse (211 , 311 ) miteinander verbunden sind.3. conductivity sensor (1, 201, 301) according to claim 1 or 2, wherein the toroidal coils (203, 205, 303, 305) in a housing (211, 311) are arranged such that the of the toroidal coils (203, 205, 303, 305) enclosed central openings of the toroidal coils (203, 205, 303, 305) by at least one bore (215, 315) in the housing (211, 311) are interconnected.
4. Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 3, wobei die zentralen Öffnungen durch eine einzige zylindrische Bohrung (315) im Gehäuse (311 ) miteinander verbunden sind. 4. Conductivity sensor according to claim 3, wherein the central openings are interconnected by a single cylindrical bore (315) in the housing (311).
5. Leitfähigkeitssensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Gehäuse (211 , 311 ) zusätzliche Bohrungen (319) aufweist, durch die Leiter zur elektrischen Kontaktierung der Ringspuien (203, 303, 205, 305) geführt sind.5. Conductivity sensor according to one of claims 3 or 4, wherein the housing (211, 311) has additional bores (319), are guided by the conductor for electrically contacting the Ringspuien (203, 303, 205, 305).
6. Leitfähigkeitssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Gehäuse (2113 311 ) aus Stahl, insbesondere aus Stah! mit einer Permeabilitätszahl von mehr als 500, insbesondere von mehr als 1500, besteht.6. Conductivity sensor according to one of claims 3 to 5, wherein the housing (211 3 311) made of steel, in particular of steel! having a permeability of more than 500, in particular more than 1500 exists.
7. Leitfähigkeitssensor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei mindestens eine der Ringspulen (203, 205, 303, 305) in einer im Gehäuse (211 , 311 ) gefassten Aufnahme aus einem Material mit hoher Permeabilitätszahl, insbesondere von mehr als 5000, angeordnet ist.7. Conductivity sensor according to one of claims 3 to 6, wherein at least one of the toroidal coils (203, 205, 303, 305) arranged in a housing (211, 311) receptacle made of a material having a high permeability, in particular more than 5000, respectively is.
8. Leitfähigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens eine der Ringspule (3, 5, 203, 205, 303, 305) in eine mehrlagige Leiterkarte integriert ist, wobei die Windungen der Ringspule durch eine Vielzahl von ersten Leiterabschnitten, die in einer ersten Ebene der Leiterkarte verlaufen, eine Vielzahl zweiter Leiterabschnitte, die in einer zweiten Ebene der Leiterkarte verlaufen, und einer Vielzahl von Durchkontaktierungen, welche die ersten Leiterabschnitte mit den zweiten Leiterabschnitten verbinden, gebildet sind. 8. Conductivity sensor according to one of claims 1 to 7, wherein at least one of the toroidal coil (3, 5, 203, 205, 303, 305) is integrated in a multilayer printed circuit board, wherein the windings of the toroidal coil by a plurality of first conductor sections, which in a first level of the circuit board, a plurality of second conductor sections extending in a second plane of the circuit board, and a plurality of vias, which connect the first conductor sections with the second conductor sections are formed.
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