Für die Bestimmung der Eigenschaften von Flüssigkeiten und Mehrphasengemischen, z. B. der Konzentrationsverteilung, wird verbreitet die Messung der elektrischen Leit- fähigkeit verwendet. Dazu bringt man sowohl bei Laboreinrichtungen als auch bei groß- technischen Anwendungen draht-oder flächenförmige Elektroden, die parallel oder konzentrisch angeordnet sind, in das zu messende Medium und misst mittels Gleich- oder Wechselspannungsanregung seine Leitfähigkeit durch Bestimmung des ohm- schen bzw. des komplexen Widerstandes.

Eine spezielle Form dieser Elektrodenanordnung sind die koaxialen Nadelsonden (DE 3 201 799 C1). Für die Messung der Leitfähigkeit in sehr kleinen Volumina, z. B. bei der Blasendetektion in Zweiphasenströmungen, wird ihr Aufbau sehr schlank ge- wählt und die Messelektrode ist nur noch wenige Zehntelmillimeter stark.

Um die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit eines Mediums zu kompensieren oder gleichzeitig Temperaturgradienten in dem Medium messen zu können, wird oft parallel zur Leitfähigkeitsmessung die Temperatur gemessen. Dabei gelingt es nicht bei der Blasendetektion, eine Temperaturmesseinrichtung in unmittelbarer Nähe der

Leitfähigkeitssonde so zu positionieren, dass Leitfähigkeit und Temperatur in einem kleinen Blasenvolumen gemessen werden.

Bei einer koaxialen Konstruktion (DD 240 956) wird die zentrale Elektrode der Leitfä- higkeitssonde als Rohr ausgeführt, in das ein Transistor als Thermosonde eingeklebt ist. Damit kann die Leitfähigkeit und die Temperatur am gleichen Ort gemessen wer- den. Durch die Verwendung eines Transistors im SOT23-Gehäuse wird diese Konstruktion aber relativ groß, sodass die Messergebnisse verfälscht oder der Einsatz überhaupt nicht möglich ist.

Diese Nachteile werden mit der technischen Lösung nach DD 258 283, bei der ein konventionelles Thermoelement als Thermosonde im Inneren der zentralen Hohlelek- trode einer koaxialen Leitfähigkeitssonde angebracht ist, umgangen. Nachteilig bei die- ser Konstruktion ist, dass die Sonde immer noch aus zwei voneinander unabhängigen Messsystemen besteht und daher die Messgenauigkeit der temperaturabhängigen Leitfähigkeitsmessung nicht befriedigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Messsysteme für Leitfähigkeits-und Temperaturmessung so zu verkleinern und aufeinander abzustimmen, dass beide Messungen weitestgehend am gleiche geometrischen Ort erfolgen können und somit eine höchstmögliche Messgenauigkeit für die um den Temperatureinfluss korrigierte Leitfähigkeit erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass als zentrale Messelektrode einer koaxial aufgebauten Nadelsonde ein sehr dünnes isoliertes Mantelthermoelement eingesetzt wird. Der Metallmantel dieses Thermoelements und die äußere Elektrode der Leitfähigkeitssonde sind aus gleichem Material gefertigt. Der Mantel des Thermo- elementes dient als zentrale Messelektrode für die Leitfähigkeitsmessung und ein Draht des Thermoelementes und die äußere Elektrode der Leitfähigkeitssonde sind für die Messwertgewinnung auf gleiches Bezugspotential geschaltet. Durch diese Anord- nung ist sowohl die Leitfähigkeits-und Temperaturmessung am gleiche geometrischen Ort gegeben. Infolge des gleichen Materials der Elektroden können keine elektroche- mische Potentiale zwischen den Elektroden auftreten. Da Thermoelement und äußere Elektrode der Leitfähigkeitssonde bereits im Sensor auf gleiches Bezugspotential ge- schaltet werden, wird eine Verfälschung der Auswertung infolge von Ausgleichsströ- men zwischen beiden Sondenteilen minimiert. Dadurch ist es sogar möglich,

Temperatur-und Leitfähigkeitsmessung sequentiell mit dem gleichen Vorverstärker durchzuführen, wenn man diesen umschaltbar aufbaut.

Durch den Einsatz von sehr dünnen Mantelthermoelementen mit einem Durchmesser von einigen Zehntelmillimetern kann man sehr schlanke Nadelsondenkonstruktionen und Temperaturmessungen mit einer hohen zeitlichen Auflösung erzielen. Diese Lö- sung ist sowohl bei koaxialen Zwei-als auch bei Mehrelektrodenkonstruktionen ein- setzbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrie- ben.

Die zugehörige Zeichnung zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen koaxialen Nadelsonde mit einem Mantelthermoelement als Messelektrode.

Die Sonde besteht aus dem isolierten Mantelthermoelement, mit Metallmantel 1, Isola- tion 2 und Thermoelement 3. Den Metallmantel 1 des Thermoelements 3 umgibt eine dünne Isolationsschicht 4, vorzugsweise aus Keramik, und die äußere Bezugselektrode 5.

Der Metallmantel 1 des Thermoelementes 3 und die äußere Bezugselektrode 5 sind, um elektrochemische Potentialunterschiede zu vermeiden, aus gleichem Material.

Ein Draht 6 außerhalb Metallmantels des Thermoelementes 3 und die Bezugselektrode 5 für die Leitfähigkeitsmessung werden durch eine Verbindung 7 zusammengeschaltet und bilden das Bezugspotential für beide Messwerte. Die Verbindung 7 ist konstruktiv so zu gestalten, dass kein zusätzliches Thermoelement entsteht.

Für die Leitfähigkeitsmessung wird der Strom zwischen dem Metallmantel 1 des Ther- moelementes 3 und der äußeren Bezugselektrode 5 auf Grund der an den Metallman- tel 1 angelegten Spannung niederohmig gemessen. Dieser Strom ist bei konstanter Spannung an der Messelektrode und konstanten Umgebungsbedingungen eine Funkti- on der Leitfähigkeit des Mediums, in dem sich die Elektroden befinden.

Die Temperaturmessung erfolgt zwischen dem auf Bezugspotential geschalteten Draht 6 und dem freien Draht 8 des Thermoelementes 3, wobei die Drähte 6 und 8 außerhalb des Metallmantels kontaktiert sind.

Da die isolierten Mantelthermoelemente mit sehr kleinem Durchmesser (0,15- 0,25 mm) verfügbar sind, kann man sehr dünne koaxiale Nadelsondenkonstruktionen realisieren. Dadurch ist es z. B. bei der Leitfähigkeitsmessung in Wasser-Dampfgemi-

schen möglich, exakte Temperaturgradienten an den Stellen der Leitfähigkeitsmessung zu ermitteln, im Inneren von Blasen die Temperatur zu messen oder nichtkondensier- bare Gase nachzuweisen.

Mit der dargestellten Konstruktion erhält man einen Mehrfunktionssensor, mit dem die lokale Leitfähigkeits-und Temperaturmessung an der gleichen Stelle erfolgt, eine ge- genseitige Beeinflussung der Messsysteme ausgeschlossen und eine hohe Messge- nauigkeit erreicht wird, wie sie bei getrennten Messsystemen nicht möglich ist.