Problem mit der elektrischen Feldtheorie

Hallo leute Vorneweg: ich bin Maschinenbau Student und nicht die absolute Leuchte in Elektrotechnik. Man möge mir also unklare laienhafte Ausdrücke verzeihen.

zum Problem: Wir haben durch ein Rohr mehrere parallele nicht isolierte Drähte gespannt. Jeweils 29 Drähte pro Sensor mit einem Abstand von 2,4mm, 3 Sensoren, die Sensoren jeweils um 120 Grad gedreht. Durch das Rohr fließt ein mehrphasengemisch aus Luft und Wasser. Es wird der Widerstand zwischen den Drähten gemessen mittels eines Meßgeräts das ein HF Feld erzeugt (1MHz, 125mV) und so über die kapazitive Änderung(nehme ich an) den Widerstand bestimmt.

Sinn der ganzen Sache war es, eine hochauflösen "Aufnahme" der Bedingungen im Rohr zu bekommen.

Dabei ergab sich das Problem, das die Aufnahmen selbst bei stehendem wAsser keine scharfe Trennlinie Wasser/luft zeigte, sondern der übergang "verwaschen" war.

Nun zur Frage: 1. Wie könnte man die Wirkung des Wassers auf die Drähte abhängig von der Entfernung des Wassers zum Drahtpaar bestimmen. Der Grundgedanke war, das nur der widerstand zwischen den Drähten gemessen würde, aber das scheint nicht der Fall zu sein.

  1. Verändert ein bewegtes Medium (strömendes Wasser) das elektische Feld anders als ein stehendes?

Theoretiker an die Front, ich bin mit meinen e-Kenntnissen heillos überfordert.

P.S.: Der Sensor war nicht meine Idee, nur hab ich ihn jetzt an den Hacken :)

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svenw
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svenw schrieb im Beitrag ...

Quer zum Rohr ? Oder laengs ?

1MHz ? Klingt reichlich. Dient eigentlich ja nur zur Vermeidung vom Elektrolyse-Polarisationseffekten.

Ja und ? Wenn ein Draht(paar) am Anfnag im Wasser und an Ende in der Luft ist, kommt halt ein halber Messwert bei raus, so what ?

Durchbiegen ? Schwingen ?

Nicht wirklich. Bei laengs angeordneten Draehten sowieso nicht, bei quer muesste das Wasser schon ziemlich schnell fliessen, da werden andere Effekte vorher stoeren.

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MaWin

...

quer

Liegt am meßgerät, da ist der Wert fest.

Das Problem ist, das der Meßwert nicht Null ist, wenn der Draht nicht im Wasser ist. Je näher das Wasser dem Draht kommt, desto höher wird der Wert. Der Meßwert ist also nicht (wie es gedacht war) der Ausdruck des Zustandes zwischen den Drähten.

Glaube ich nicht, sehr kleine drähte(0,5mm) straff gespannt.

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svenw

svenw schrieb im Beitrag ...

Messfrequenz zu hoch. Nimm 100Hz.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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MaWin

svenw:

Ach, herrje. Bei nicht isolierten Elektroden tippe ich eher auf induktive Durchflussmessung. Stroemendes Wasser ist ein bewegter Leiter. Das magnetische Feld eines Elektromagneten bewirkt eine Ladungsverschiebung senkrecht zum Magnetfeld und senkrecht zur Wasserstroemung. Man misst zwischen zwei parallelen Draehten also jeweils eine Spannung, keinen Widerstand.

Hierfuer braucht man pro Sensor-Drahtbuendel einen Elektromagneten, der jeweils ein Feld mit geeigneter Richtung erzeugt. Gewoehnlich speist man diese Elektromagneten mit niederfrequentem Wechselstrom, um Polarisations- spannungen zu vermeiden. Befindet sich ein Buendel Spulen an der Aussenseite des Rohrs?

Oder eher ein Hitzdrahtanemometer? Wasser kuehlt einen einzelnen Draht des Sensors, der durch einen Strom aufgeheizt wird. Die Temperatur beeinflusst den Widerstand des Drahtes. Allerdings stoesst's mir dann sauer auf, dass Du die Draehte als nicht isoliert geschildert hast.

Falls es induktive Durchflussmessung ist: Diese Methode versagt bei stehendem Wasser.

Bist Du sicher, dass Du den Versuchsaufbau korrekt geschildert hast? Koennte das "Messgeraet das ein HF-Feld erzeugt" ein Elektromagnet an einer niederfrequenten Stromquelle sein?

Mirko Liss

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Mirko Liss

svenw wrote: ....

Ich komme mit dem Aufbau noch nicht ganz klar - vor allem nicht damit, was Du nun eigentlich mißt und wo zwischen Dein Feld verläuft (z.B. auf welchen Potentialen sind die einzelnen Drähte - und auf welchem Potetial ist das Rohr?) - aber die obige Aussage erscheint mir normal. Für die meisten realistischen Feldkonfigurationen, die mir da so einfallen, ist das Dielektrikum lange, bevor es die Drähte berührt, im Bereich des Feldes. Ich würde mal versuchen, die Meßwerte der drei Sensoren in Bezug zueinander zu setzen - wenn alle drei das selbe Anzeigen, dann sollte ein horizontales Rohr halb gefüllt sein.

Gruß Markus

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Markus Imhof

Man könnte ja mal definieren "was" gemessen werden soll, dann kann man aus der Literatur das "wie" raussuchen. Es ist müßig darauf hinzuweisen, daß seit anno Prantl an turbulenten/laminaren Strömungen rumgemessen wird.

MfG JRD

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Rafael Deliano

svenw schrieb:

im=20

er=20

s=20

Hallo,

ja klar, so einfach ist auch die Kapazit=E4t zwischen zwei Dr=E4hten nich= t. Mit voller Absicht gibt man f=FCr den Plattenkondensator eine sch=F6ne,=20 einfache Formel an die nur dann gilt wenn der Abstand der Platten=20 gen=FCgend klein gegen=FCber der L=E4nge und Breite der Platten ist. Denn= das=20 Randfeld am Umfang der Platten soll vernachl=E4ssigbar klein sein.

Beim Feld zwischen zwei parallelen Dr=E4hten ist das ganze viel=20 komplizierter, da spielt sich nat=FCrlich nicht alles nur genau zwischen =

den Dr=E4hten ab, sondern auch daneben.

C=3D Pi*epsilon_0*epsilon_r*l/ln(s/R)

l L=E4nge der Dr=E4hte s Abstand der Dr=E4hte von Mittelpunkt zu Mittelpunkt R Drahtradius

Die Dielektrizit=E4tskonstante von Wasser ist mit 80 zwar wesentlich h=F6= her=20 als von Luft mit 1,00059, aber trotzdem ist die Kapazit=E4t ohne Wasser=20 nicht 0.

F=FCr euere Zwecke w=E4ren Plattenkondensatoren g=FCnstiger als parallele= =20 Dr=E4hte, nur bleibt das Problem das die Platten die Str=F6mung nicht=20 st=F6ren. Nat=FCrlich muss wieder der Abstand klein gegen=FCber der L=E4n= ge und=20 Breite sein. Bei Zylinderkondensatoren spielt zwar nur alles zwischen den Zylindern=20 eine Rolle f=FCr die Kapazit=E4t, aber f=FCr eure Str=F6mungsmessungen si= nd die=20 nur brauchbar wenn die Achse der Kondensatorzylinder in der Rohrachse=20 liegt. Also alles sch=F6n rotationssymmetrisch. Aber auch B=FCndel von=20 Zylindern w=E4ren m=F6glich, wenn nur alle Achsen parallel zur Rohrachse = sind.

Bye

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Uwe Hercksen

Das der wErt nicht Null ist, ist klar. Das fällt aber bei der Kallibrierung vor der Messung raus. Ich hab halt nur das Problem, das meine Meßwerte genau nicht nur das angibt was er angeben soll sondern auch von der Umgebung beeinflußt wird. die Fernwirkung liegt geshätzt aus den Meßwerten bei ca 7 mm bei

2,4mm Drahtabstand.

Das Problem ist, das wird eben keine gleichmäßige Strömung messen, sondern eine Strömung mit Slugs (slugs kommen bei mehrphasenströmungen vor, und bedeutet, das zeitweise eine Wasser/Luft Strömung fließt, und ab und an reines Wasser). und dabei dürften zylinder die Strömung rechst strak stören.

Mir geht es darum eine Lösung für unser Problem zu finden (da werden wir wohl ne geringere Frequenz oder Gleichstrom nehmen müssen) und zu erklären warum. Vieleicht läßt sich der Fehler auch bei rausrechnen.

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svenw

ICh mach mal ne Zeichnung:

x= Rohrwand

-= Draht

*= Wasserstand

Querschnitt x x-----x x---------x x-----------x x************x x---------x x----x x

Die drei Sensoren liegen mit 6mm Abstand hintereinander Seitenansicht

xxxxxxx S S S ->Fließrichtung xxxxxxx die Sensoren sind jeweils um 120° gegeneinander verdreht, so daß die Drähte von den Sensoren 2 und 3 schräg zur Wasseroberfläche verlaufen.

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svenw

Normalerweise ist das ganze kein Problem. Plexirohr und gut ist. Das Problem bei uns ist, daß wir bis zu 30bar Druck hinter der 2ten Pumpe haben. Da ist nichts mehr mit Plexi. Und Systeme zu finden die gleichzeitig zeitlich und räumlich hoch auflösen ist nicht mehr simpel.

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svenw

...

Ok - bleibt noch offen, wie die Drähte verschaltet sind, also ganz vereinfacht gesagt, wo '+' und wo '-' liegt (ok, Du mißt mit Wechselspannung :-) ). Ich nehme mal an, die Drähte sind gegen das Rohr isoliert, das Rohr ist leitfähig, stellt den zweiten Pol dieses Kondensatorarrays dar und alle Drähte eines Sensors wiederum hängen einfach parallel?

Gruß Markus

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Markus Imhof

Aber diese Formel gilt doch auch nur dann wenn ich nur zwei Drähte in einem epsilon-homogenen, unendlich ausgedehnten Raum sind.

Was meinst du damit? Man müsste eigentlich die Kapazität zwischen allen Drähten zueinander und der Rohrwand (so die denn aus leitfähigem Material besteht) berücksichtigen.

Aber das wird wohl nicht einfach. Könntet ihr nicht einfach den Widerstand messen? Der wird doch zwischen flüssig und dampf stark schwanken. Um dann ein entsprechendes Bild zu bekommen müsste man sicher die mathematischen Verfahren aus der Kernspin-/Magenetresonanz-tomographie benutzen.

Welche Messgröße wollt ihr eigentlich auswerten? Die Kapazität oder den Ohmschen Widerstand? Im letzeren Fall braucht man den Wechselstrom ja nur um die Elektrolyse zu verhindern. Und wenn ihr alles nacheinander messt gibt es auch keine Beeinflussung durch die anderen Drähte.

Tschüss Martin L.

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Martin Laabs

svenw schrieb:

30bar? Peanuts! In der chemischen Industrie werden transparente Leitungen und Reaktoren aus Polmeren und Gläsern bei größeren Querschnitten und Drücken verwendet. Auf de.etc.haushalt hat sich vor nicht allzulanger Zeit mal ein Profi aus diesem Bereich zum Thema 'Glaskorrosion' geäußert, wende dich doch mal an den, der Thread hatte (AFAIR) den Titel 'Warum werden Gläser milchig'.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

svenw schrieb:

e=20

ufen.

Hallo,

und wozwischen wollt ihr nun die Kapazit=E4t messen, doch nicht etwa=20 zwischen gegeneinander verdrehten Dr=E4hten?

Ihr solltet euch ganz dringend mit einem Lehrstuhl f=FCr elektronische=20 Sensoren und einem f=FCr elektromagnetische Felder zusammentun, sonst=20 beisst ihr euch daran die Z=E4hne aus. Hier in Erlangen h=E4tten wir beid= es.

Aber auch die Str=F6mungsmechaniker mit ihrer Laser-Doppler-Anemometrie=20 sollte man mal befragen.

Bye

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Uwe Hercksen

Das Verfahren war wohl bisher optisch, analoge Gabellichtschranke ? Wenn man die flach ausführt kann man sie eventuell innen im Rohr anbringen, Löcher für elektrische Kontakte habt ihr jetzt ja auch.

Der Plattenkondensator wäre zwei Kupferfolien die man innen im Rohr aufkleben kann Das Problem ist die ungünstige Auflösung. Und der Kondensator wird trotzdem nur winzige Kapazität haben, man hat also saftiges schaltungstechnisches Problem. Der Rohrdurchmesser wäre gut zu wissen.

Die schon genannte induktive Durchflußmessung wäre wohl auch möglich. An der wurde schon in den 40er rumgemacht, es hat aber wohl bis in die 70er Jahre gedauert bis die gängiger wurde. Nicht trivial selbstbaubar.

Es soll der Prozentsatz Wasser/Luft und die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs bestimmt werden mit einer Grenzfrequenz von x Hz ?

MfG JRD

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Rafael Deliano

Die Drähte sind alle eigentlich gegen das Rohr isoliert. Weil wir aber Probleme mit den Wechselwirkungen (Rohr/e-Feld bekamen, wurden die Drähte einzeln über 500 Ohm Widerstände mit dem Rohr verbunden.

Die Drähte werden jeweils paarweise innerhalb eines Sensors über einen Multiplexer beschaltet. Es gibt also keine Schaltung zwischen Drähten von verschiedenen Sensoren und es ist immer nur ein Drahtpaar im gesamten System beschaltet. Es werden immer nur 2 direkt nebeneinander liegende Drähte beschaltet.

Wenn man von vorne schaut ergibt das den Eindruck eines Netzes mit 1184 dreieckigen Maschen. Die genau Verteilung wird über eine rekursive tomographische Rekonstruktion gemacht.

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svenw

Nein, es werden jeweils nur 2 paaralele Drähte über einen Multiplexer beschaltet.

Das werden wir auch tun, nur momentan ist da noch Urlaub (Niedersachsen). LAser doppler fällt leider aus, da später wenn alles läuft auch noch Erdöl dazu kommt und dann ist Essig mit dem Laser.

bye

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svenw

Den Widerstand. Die Meßfrequenzen, Spannungen und Methoden hat sich auch keiner ausgedacht, sondern die sind fest in dem Meßgerät drin und da damit schon ein anderer gemessen hat der die Fehler anscheinend nicht entdeckt hat...... :(

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svenw

Nein bisher war da nichts optisches. Später wird die Anlage mit einem GAs, Erdöl Wasser gemisch gefahren.

Innendurchmesser ist 70,3 mm

Die Geschwindigkeit muß nicht sein. Es geht vor allem um eine genaue räumlich und zeitliche Auflösung. Mit dem Sensor (wenn er denn funktioniert) erhält man mit tomographischer Rekonstruktion 1184 Flächen in denen der Flüssigkeits/Gasgehalt bestimmt wird. Erdöl ist wegen seiner sehr geringen Leitfähigkeit allerdings nicht von luft zu unterscheiden.

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svenw

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