Gesellschaft für Geosystemanalyse

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MSCTI

MicroScale Conductivity and Temperature Instrument

Mikroskaliges Leitfähigkeits- und Temperatur-Messgerät (MSCTI)

Das MSCTI dient der Messung elektrischer Leitfähigkeit und Temperaturen in Flüssigkeiten. Das Gerät enthält zwei analoge Spannungsausgänge von denen sich einer linear proportional zur Leitfähigkeit und der andere nicht-linear proportional zur Temperatur verhält. Schwerpunkte bei der Entwicklung lagen in der möglichen Durchführung hochfrequenter Messungen beider Parameter in kleinen räumlichen Auflösungen unter Labor-Bedingungen. Das Gerät findet vorwiegend Verwendung zur Messung turbulenter Dichte und Temperaturänderungen in Strömungen stratifizierten Salzwassers, turbulenter Mischungen der Salinität und zur Bestimmung von Dichteprofilen.

Die folgenden Sensoren können in das System integriert werden:

 

Fast Conductivity Sensor

(Leitfähigkeits-Sensor mit hoher Messrate)

Der Sensor wurde für hoch auflösende Messungen elektrischer Leitfähigkeit in Wasser entworfen. Der Sensor besteht aus vier Elektroden (Platinkugeln) und verschmolzenem Glas. Jede der Elektroden ist galvanisiert und mit amorphem Platin überzogen. Die Abbildung rechts veranschaulicht die Größenverhältnisse. Der Sensor findet Verwendung bei der Analyse von Turbulenzen in geschichteten Flüssigkeiten. Er muss in Kombination mit geeigneter Elektronik wie dem MicroScale-Leitfähigkeits- und Temperaturmessgerät (MSCTI, über PME lieferbar) verwendet werden.

 

Der Sensor funktioniert über einen dimensionsbeständigen Kontakt zwischen Wasser und der Elektronik, welche eine vierpolige Messung der Leitfähigkeit des Wassers ermöglicht, indem Wechselstrom zwischen den inneren Elektroden geliefert wird und die Wechselstromspannung zwischen den äußeren Elektroden gemessen wird. Die Mittelung der Leitfähigkeit des Sensors bedingt die räumliche Auflösung. Der Sensor reagiert auf Leitfähigkeitsausdehnungen die relativ groß im Verhältnis zum Abstand der inneren Elektroden sind und ist bei abnehmenden Ausdehnungen weniger empfindlich. Das räumliche mittelnde Volumen des Sensors kann als Kugel mit einem Durchmesser von ½ mm zentriert zwischen den inneren Elektroden angegeben werden. Dies ist nur als Annäherung zu verstehen, wobei allerdings die tatsächliche Empfindlichkeit beschrieben als komplexe Gewichtungsfunktion zu allen Punkten um den Sensor passt.

Folgende Phänomene können messtechnisch erfasst werden:

- Hochfrequente Temperatur-Fluktuationen
- Doppeldiffusionen
- Dichteprofile
- Blasenkonzentrationen
- Grenzschichtpositionen

 

Der Sensor kombiniert den Fast Conductivity Sensor (Leitfähigkeitssensor) und den Fast Temperature Sensor (Thermistor von GE Sensing Thermometrics FP07) und wird für die Untersuchung turbulenter Mischungen in geschichteten Flüssigkeiten verwendet.

In der Abbildung rechts ist der Temperatursensor (1) parallel zum aus Glass bestehenden Leitfähigkeitssensor von PME (2) befestigt, welcher so gebogen ist, dass die Messvolumina beider Parameter bis auf lediglich einen 1 mm voneinander getrennt sind. Der Leitfähigkeitssensor muss in Kombination mit geeigneter Elektronik wie dem MicroScale-Leitfähigkeits- und Temperaturmessgerät (über PME lieferbar) verwendet werden. Bei dem Temperatursensor handelt es sich um einen temperaturveränderlichen Widerstand, welcher sich aufgrund des Wärmstroms innerhalb oder außerhalb ändert.

Folgende Phänomene können messtechnisch erfasst werden:

- Hochfrequente Temperatur-Fluktuationen
- Doppeldiffusionen
- Dichteprofile
- Blasenkonzentrationen
- Grenzschichtpositionen

 

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