Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung der dielektrischen Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit von in einer Rohrleitung transportierten Fluiden, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 1 . Der Hauptanwendungs ^¬ bereich des erfindungsgemäßen Sensors liegt in der Inline-Prozessanalytik zur Erfas- sung der dielektrischen Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit fluider Medien in einer Rohrleitung. Die Erfindung lässt sich auch für Laboranwendungen einsetzen.

Zur Erfassung der Stoffeigenschaften von Fluiden, insbesondere zur Erfassung ihre- rer dielektrischen Eigenschaften, sind kapazitive Sensoren gebräuchlich. Anhand der Bestimmung der komplexen Impedanz des Sensors lassen sich unter Berücksichtigung des Grundmaterials des Sensorgrundkörpers und der genauen Abmessungen des Messvolumens des Sensors die Permittivität und der dielektrische Verlustfaktor berechnen. Ausgehend davon lassen sich weitere Stoffeigenschaften, wie beispielsweise die thermische Umwandlung, die Konzentration von Wasser und Zusatzstoffen im Fluid, die Homogenität des Fluides u.s.w., bestimmen.

Derartige Messungen werden im Labor unter Anwendung von Plattenkondensatoren durchgeführt. Um einen Sensor in der Inline-Prozessanalytik zur Untersuchung fluider Medien anwenden zu können, muss er jedoch für eine Anordnung in oder an einer das fluide Medium führenden Rohrleitung ausgebildet sein.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Sensorbauformen und -anord- nungen zur Bestimmung der Stoffeigenschaften, insbesondere zur Erfassung der dielektrischen Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit von Fluiden, bekannt.

In der DE 935257 C wird ein Prüfkondensator zur Messung der dielektrischen Eigenschaften von Stoffen beschrieben, bei dem in einem Trägerelement aus Isolationsmaterial eine ungerade Zahl von mindestens drei Elektroden gleichachsig in Form von entlang der Achse voneinander getrennten Ringen angeordnet sind. Der Prüfkondensator kann stabförmig, becherförmig oder rohrförmig ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Außenflächen der Elektroden mit der Außenfläche des Trägerelementes bündig und bilden eine glatte Fläche, die mit dem zu prüfenden Stoff in Berührung steht. Der in der DE 935 257 C beschriebene Prüfkondensator hat sich in der Praxis jedoch als störanfällig erwiesen. Insbesondere kann es an den Grenz ^¬ flächen der unterschiedlichen Materialien von Elektroden und Trägerelement bei Temperaturschwankungen zur Ausbildung von Spalten und Rissen kommen, wodurch die Funktion des Sensors erheblich beeinträchtigt wird. Außerdem ist die in der DE 935257 C beschriebene Elektrodenanordnung sehr störanfällig gegenüber äußeren elektrischen oder elektromagnetischen Feldern.

In der US 3,846,073 C wird ein kapazitiver Sensor beschrieben, der als koaxiale Anordnung ausgebildet ist, durch welchen ein Teilstrom des Fluides, dessen dielek ^¬ trische Eigenschaften erfasst werden sollen, geführt wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, das jeweils nur die dielektrischen Eigenschaften des durch den kapazitiven Sensor geführten Anteiles des Fluides erfasst werden. Dies führt bei einer Vielzahl praktischer Anwendungen zu erheblichen Ungenauigkeiten.

In der DE 41 31 999 C2 wird ein Sensor offenbart, mit dem dielektrische Messungen an einem in einer Rohrleitung fließenden Fluidmaterial vorgenommen werden können. Der Sensor besteht aus einem Keramikzylinder mit auf der inneren Wandfläche angeordneten Kondensator in Form von ineinandergreifenden Elektroden. Der Sensor wird so um eine Rohrleitung platziert, dass der Fluidstrom durch den Hohlzylinder hindurchströmt, wobei die ineinenadergreifenden Elektroden der Kondensatoranordnung den Fluidstrom ringförmig umgeben. Auch dieser Sensor liefert bei einer Vielzahl praktischer Anwendungsfälle zur Erfassung der dielektrischen Eigenschaften des Fluid materials nur Messergebnisse mit unzureichender Genauigkeit. Insbesondere bei großvolumigen Rohrleitungen, d.h. Rohrleitungen mit großem Rohrdurchmesser, ist die Eindringtiefe des sich zwischen den ineinandergreifenden Elektroden der Kondensatoranordnung ausbildenden elektrischen Feldes unzureichend, so dass für die Messung nur ein Teil des Fluidstromes in der Rohrleitung erfasst wird. Hinzu kommt eine hohe Störanfälligkeit der Kondensatoranordnung gegenüber äußeren elektrischen oder elektromagnetischen Feldern.

Von HARTMANN, Matthias, DOERNER, Steffen und HIRSCH, Sören wird in Ceramic injection molded clevis sensorfor online substance concentration measurement; Electronic System-Integration Technology Conference (ESTC), S. 1 -4, 13. bis 16. September 2010 ein Eintauchsensor beschrieben, der gabelförmig ausgebildet ist, wobei in jedem der beiden Gabelzinken eine Plattenelektrode eines Plattenkondensators angeordnet ist. Der Sensor wird in den zu untersuchenden Fluidstrom eingetaucht, so dass ein Teil des Fluidstromes durch den Spalt zwischen den Gabelzinken und damit den Elektroden des Plattenkondensators strömt. Nachteilig bei diesem Eintauchsensor ist, dass nur ein Teil des Fluidstromes durch den Plattenkondensator strömt und damit messtechnisch erfasst wird und dass sich bei einem in den Fluid- strom eingebrachten Eintauchsensor im Strömungsprofil des Fluidstromes Toträu- me ausbilden, in denen es zu Ablagerungen kommen kann.

In der US 5, 151 ,660 C wird ein Fluidsensor beschrieben, der um einen den Fluid- strom führenden Rohrleitungsabschnitt zwei schalenförmig ausgebildete Elektroden einer Kondensatoranordnung aufweist. Die Elektroden der Kondensatoranordnung sind in einen Keramikkörper mit einer Durchflussöffnung für den Fluidstrom einge ^¬ bettet und so ausgebildet und angeordnet, dass sie den Fluidstrom nahezu vollstän ^¬ dig umschließen. Nachteilig bei dieser Lösung ist die geringe Empfindlichkeit des Sensors, die aus der vergleichsweise geringen Kapazität der Kondensatoranordnung resultiert, was zu Messergebnissen mit unzureichender Genauigkeit führt.

Schließlich ist aus der US 6,586,950 B1 ein kapazitiver Sensor bekannt, bei dem zwischen zwei Elektroden einer Kondensatoranordnung Kanäle zum Durchleiten eines Fluidstromes ausgebildet sind. Die Elektroden können koaxial angeordnet sein oder als parallel angeordnete Platten ausgebildet sein. Der Sensor weist einen viele Einzelteile umfassenden komplizierten Aufbau auf. Im Bereich der Fluidführung sind viele Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Materialien ausgebildet, die bei Temperaturschwankungen zu Spalten führen können, in die Fluid eindringen kann, wodurch die Funktion des Sensors erheblich beeinträchtigt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor zur Erfassung der dielektrischen Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit von in einer Rohrleitung transportierten Fluiden, bereitzustellen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden, der insbesondere Messergebnisse mit hoher Genauigkeit liefert und dabei die Erfassung der dielektrischen Eigenschaften und der elektrischen Leitfähigkeit des gesamten in der Rohrleitung transportierten Fluidmaterials sicherstellt. Der Sensor soll darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen sein. Die Aufgabe der Erfindung besteht außerdem in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sensor, der die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist, und ein Verfahren, das die im Anspruch 1 1 angeführten Verfahrensschritte beinhaltet, gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen des Sensors sind in den Ansprüchen 2 bis 10 und zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens in den Ansprüchen 12 und 13 beschrieben.

Nach der Konzeption der Erfindung besteht der Sensor zur Erfassung der dielektri- sehen Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit von in einer Rohrleitung transportierten Fluiden aus einem Sensorgrundkörper, der mindestens einen einen Rohrleitungsabschnitt ausbildenden Bereich mit einer sich längsaxial erstreckenden Durchgangsöffnung aufweist, und aus mindestens zwei am Sensorgrundkörper angeordneten Elektroden, wobei der Sensorgrundkörper mindestens einen sich längsaxial entlang des den Rohrleitungsabschnitt ausbildenden Bereiches erstreckenden, in die Durchgangsöffnung ragenden Steg ausbildet, in dem eine sich entlang der Längsachse des Sensorgrundkörpers erstreckende und in der Durch ^¬ gangsöffnung befindliche erste Elektrode angeordnet ist und wobei eine zweite Elektrode den Rohrleitungsabschnitt entlang seines Umfanges mindestens zu zwei Drit- teln umschließend am Sensorgrundkörper angeordnet ist. Die beiden Elektroden sind dabei so angeordnet und ausgebildet, dass sie auch abschnittsweise nicht die der Durchgangsöffnung des Sensorgrundkörpers zugewandte innere Wandseite des Sensorgrundkörpers bilden. Der das Fluid führende, als Rohrleitungsabschnitt ausgebildete Bereich des Sensorgrundkörpers ist einstückig ausgebildet und besteht aus einem Grundmaterial. Er weist an dem mit dem Fluid in Kontakt befindlichen Oberflächen bereich keine Grenzflächen unterschiedlicher Materialien auf, so dass auch bei erheblichen Temperaturunterschieden oder Temperaturschwankungen keine Spalten oder Risse entstehen können, in die Fluid eindringen kann. Die wie vorstehend beschrieben am Sensorgrundkörper angeordneten Elektroden sind elektrisch kontaktierbar und als Elektroden einer Kondensatoranordnung ausgeführt.

Die in dem in die Durchgangsöffnung des Sensors ragenden Steg angeordnete erste Elektrode kann bevorzugt entweder als ein sich längsaxial entlang der oder parallel zur Mittelachse der Durchgangsöffnung des Sensors erstreckender Stab oder als sich entlang der Längsachse des Sensorgrundkörpers erstreckende in die Durchgangsöffnung ragende Platte ausgebildet sein.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens einer der in die Durchgangsöffnung des Sensorgrundkörpers ragenden Stege doppelwandig ausgebildet. Er weist zwei parallele Wandungen auf, wobei der sich zwischen den Wandungen ausbildende Hohlraum nicht mit der Durchgangsöffnung des Sensorgrundkörpers in Verbindung steht. Der doppelwandig ausgebildete Steg dient der Aufnahme einer der Elektroden der Kondensatoranordnung, nämlich der in der Durchgangsöffnung angeordneten ersten Elektrode, wobei bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung diese erste Elektrode von einer auf die einander zugewandten Oberflächen der Wandungen des doppelwandig ausgebildeten Steges aufgebrachten elektrisch leit ^¬ fähigen Beschichtung gebildet wird. Die Beschichtung kann räumlich so begrenzt ausgebildet sein, dass sie entweder einen sich längsaxial entlang der Mittelachse der Durchgangsöffnung des Sensors erstreckenden Stab oder eine sich entlang der Längsachse des Sensorgrundkörpers erstreckende in die Durchgangsöffnung ragende Platte bildet. Die Beschichtung kann ein- oder beidseitig auf den Innensei ^¬ ten, d.h. den nicht mit der Durchgangsöffnung des Sensors in Verbindung stehen ^¬ den Seiten, aufgebracht sein.

Die den Rohrleitungsabschnitt entlang seines Umfanges mindestens zu zwei Dritteln umschließende zweite Elektrode wird bevorzugt durch eine partiell auf die äußere Oberfläche des den Rohrleitungsabschnitt bildenden Sensorgrundkörpers aufgebrachte elektrisch leitfähige Beschichtung gebildet.

Eine die erste und/oder die zweite Elektrode bildende Beschichtung muss nicht als geschlossene Fläche ausgebildet sein. Sie kann eine Gitter-, Ring- oder Streifenstruktur aufweisen, wobei die einzelnen Gitter-, Ring- oder Streifensegmente einer Elektrode elektrisch miteinander kontaktiert sind, so dass sie elektrisch als eine Elektrode einer Kondensatoranordnung wirken.

Bevorzugt sind die als Stab oder Platte ausgebildete, in der Durchgangsöffnung angeordnete bzw. in diese hineinragende erste Elektrode und die den Rohrleitungs- abschnitt entlang seines Umfanges mindestens zu zwei Dritteln umschließende zweite Elektrode in längsaxialer Richtung des Sensorgrundkörpers gleich lang ausgebildet, weisen entlang des Rohrleitungsabschnittes die gleiche Kontur auf und sind parallel zueinander angeordnet. Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung besitzt die den Rohrleitungsabschnitt entlang seines Umfanges mindestens zu zwei Dritteln umschließende zweite Elektrode die Form eines in längsaxialer Richtung geschlitzten Hohlzylinders mit kreisförmigem Querschnitt und ist in längsaxialer Richtung länger als die in der Durchgangsöffnung angeordnete bzw. in diese hineinragende erste Elektrode ausgebildet. Ist bei dieser besonders bevorzugten Ausbildung der zweiten Elektrode die in der Durchgangsöffnung ange- ordnete erste Elektrode als Stab ausgebildet, so ist dieser Stab bevorzugt in der Mitte des kreisförmigen Querschnittes der zweiten Elektrode angeordnet, d.h. beide Elektroden bilden näherungsweise einen Zylinderkondensator. Ist die erste Elektrode hingegen als eine in die Durchgangsöffnung ragende Platte ausgebildet, so erstreckt sich diese als Platte ausgebildete erste Elektrode bevorzugt von dem vorbenannten längsaxialen Schlitz in der zweiten Elektrode bis ca. zur Mitte der Querschnittsfläche der als geschlitzten Hohlzylinder ausgebildeten zweiten Elektrode. Die zweite Elek ^¬ trode umschließt bei dieser bevorzugten Ausbildung der Erfindung den als Rohrlei- tungsabschnitt ausgebildeten Bereich des Sensorgrundkörpers entlang des Umfan- ges des kreisförmigen Querschnittes betrachtet zu mehr als 80 %. Es versteht sich, dass der Fußbereich des in die Durchgangsöffnung ragenden Steges, in dem die erste Elektrode angeordnet ist, in dem entlang des Umfanges nicht von der zweiten Elektrode umschlossenen Bereich des Rohrleitungsabschnittes angeordnet ist. Bei beiden vorbeschriebenen Ausbildungen der ersten Elektrode bilden beide Elek ^¬ troden, d.h. die jeweils erste und die zweite Elektrode, eine Kondensatoranordnung mit in längsaxialer Richtung gleichen geometrischen Verhältnissen. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an diese Kondensatoranordnung bildet sich folglich ein elektrisches Feld mit in längsaxialer Richtung im Wesentlichen gleicher Feldverteilung aus. Dabei bleibt bei vorstehender Betrachtung die an den beiden Randbereichen der Kondensatoranordnung auftretende Feldverteilung unbetrachtet.

Bei der Anwendung des Sensors sollte die zweite, den Rohrleitungsabschnitt entlang seines Umfanges mindestens zu zwei Dritteln umschließende Elektrode auf Massepotenzial gelegt werden. Sie kann in diesem Fall bei einer hinreichend weiten Umschließung des Rohrleitungsabschnittes als Abschirmung des sich zwischen den Elektroden befindlichen Volumens mit dem Fluid, dessen dielektrische Eigenschaften bzw. dessen elektrische Leitfähigkeit erfasst werden sollen, fungieren. Der Sensor ist in diesem Fall besonders störsicher gegenüber elektrischen und elektromagnetischen äußeren Feldeinwirkungen und strahlt selbst auch keine elektroma- gnetische Energie ab. Ein wie vorstehend beschrieben ausgebildeter Sensor erfüllt damit auch die Anforderungen der einschlägigen Vorschriften für Elektrische

Betriebsmittel für Leittechnik und Laboreinsatz - Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)-Anforderungen (DIN EN 61326 und DIN-EN 6 000). Bei einer weiteren bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Sensors teilen der oder die in die Durchgangsöffnung des Sensorgrundkörpers ragende/n Steg/e die sich längsaxial erstreckende Durchgangsöffnung in zwei oder mehrere parallele Leitungsabschnitte. Der Fluidstrom teilt sich auf diese parallelen Leitungsabschnitte auf. Dadurch können azimutal gerichtete Strömungen im Fluidstrom weitgehend unterdrückt werden, was zur Verbesserung des Messergebnisses führen kann, wenn das Fluid keine homogenen dielektrische Eigenschaften bzw. keine homogene elektrische Leitfähigkeit aufweist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung besteht der Sensorgrund ^¬ körper aus einem Keramik- oder einem Polymerwerkstoff, besonders bevorzugt aus hochreinem Aluminium- oder Zirkoniumoxid oder aus einem der nachfolgenden Polymerwerkstoffe: Liquid Crystal Polymer (LCP), Polyetheretherketon (PEEK), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Perfluorethylenpropylen (FEP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylenamid (PPA), Polyetherimid (PEI), Polybutylenterephthalat (PBT), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyurethan (PU), Phenolharz (PF), Epoxidharz (EP), Harnstoffharz (UF), Melamin-/Melamin-Phenol- harz (MF/MP), ungesättigtes Polyesterharz (UP). Die vorgenannten Werkstoffe sind als Grundmaterialien für den Sensorgrundkörper gut geeignet. Sie verfügen über eine gute chemische Beständigkeit gegenüber organischen Substanzen, Säuren und Laugen und sind biokompatibel. Keramikwerkstoffe sind außerdem sehr verformungsbeständig und besitzen eine hohe statische Permittivität. Die komplexe Impedanz der Messkondensatoranordnung wird neben der Permittivität und dem dielek- irischen Verlustfaktor des untersuchten Fluides durch den Abstand, die Fläche der Kondensatorplatten und die Permittivität und dem dielektrischen Verlustfaktor des Grundmaterials des Sensors bestimmt. Durch eine höhere Festigkeit der Keramikwerkstoffe wirkt diese einer Veränderung der Geometrie der Kondensatoranordnung bei Druckänderungen entgegen, was zur besseren Reproduzierbarkeit der Messun- gen und damit zu einer höheren Messgenauigkeit führt. Durch eine Erhöhung der Permittivität kann die Empfindlichkeit des Sensors verbessert werden. Reines Aluminiumoxid ist vollständig biokompatibel und besitzt eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit gegenüber organischen Substanzen, Säuren und Laugen.

Außerdem verursacht dieser Werkstoff verglichen mit anderen in Frage kommenden keramischen Werkstoffen (wie beispielsweise Siliziumnitrid oder Aluminiumtitanat) nur vergleichsweise geringe Materialkosten.

Weiterhin bevorzugt ist der Sensorgrundkörper so ausgebildet, dass er seine beiden Öffnungen umgebende Mittel für den Einbau in eine Rohrleitung aufweist. Der Sensor ist damit dauerhaft oder zeitweise in eine Rohrleitung einbaubar und dient als Teil der das Fluid führenden Rohrleitung. Eine aufwändige und strömungstechnisch ungünstige Fluidführung, wie sie bei einer Vielzahl der Lösungen des Standes der Technik erfolgt, erübrigt sich. Der Sensor kann dann für In-situ-Messungen zur Erfassung der dielektrischen Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit von Flui- den eingesetzt werden, wobei der Sensor so ausgebildet und dimensioniert sein kann, dass der Fluidstrom hinsichtlich des Durchsatzes nicht und hinsichtlich der Strömungsverhältnisse nur wenig beeinträchtigt wird. Ein erfindungsgemäßer Sensor kann in verschiedenen Größen gefertigt und ange ^¬ wandt werden, wobei nicht nur den zu erfassenden dielektrischen Eigenschaften bzw. der elektrischen Leitfähigkeit eines Fluides Rechnung getragen wird, sondern auch die konstruktiven Belange der Einrichtung, in die der Sensor eingebaut wird, berücksichtigt werden.

Am Sensorgrundkörper können auch Mittel zur Halterung eines elektrischen Schal ^¬ tungsträgers ausgebildet sein. Damit kann am Sensorgrundkörper ein elektrischen Schaltungsträger angeordnet werden, der eine elektronische Schaltung zur Erzeu- gung, Erfassung und Analyse des elektrischen Feldes der Kondensatoranordnung sowie zur Auswertung und ggf. Speicherung der erfassten und analysierten Werte beinhaltet.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors derart, dass der Sensorgrundkörper einstückig mittels eines Thermoplast-Spritzgießverfahrens oder eines Duroplast-Spritzgießverfahrens mit Polymeren oder eines Keramik-Spritzgießverfahrens mit einem Keramik-Feed- stock oder eines Gelcasting-Verfahrens oder durch Einschlämmen eines Keramikmaterials in einen Formhohlraum hergestellt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Bildung der Elektroden ein elektrisch leitfähiges Material partiell auf die nach außen gewandte Oberfläche des den Rohrleitungsabschnitt ausbildenden Bereiches des Sensorgrundkörpers sowie die einander zugewandten Oberflächen der Wandungen des doppelwandig ausgebildeten Steges abgeschieden. Das elektrisch leitfähige Material wird geometrisch vorbestimmt so abgeschieden, dass die sich durch den Abscheidungspro- zess bildende elektrisch leitfähige Beschichtung direkt die Elektroden der Kondensatoranordnung bildet. Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bildung der Elektroden ein elektrisch leitfähiges Material auf die nach außen gewandte Oberfläche des den Rohrleitungsabschnitt ausbildenden Bereiches des Sensorgrundkörpers sowie die einander zugewandten Oberflächen der Wandungen des doppelwandig ausgebildeten Steges abgeschieden. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden dann durch partielles Entfernen des abgeschiedenen elektrisch leitfähigen Materials die Elektroden herausgearbeitet. Die wie vorstehend beschrieben erzeugten Elektroden auf dem Sensorgrundkörper bilden eine Kondensatoranordnung. Sie werden elektrisch kontaktiert und mit der elektronischen Schaltung zur Erzeugung, Erfassung und Analyse des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden sowie zur Auswertung und ggf. Speicherung der erfassten und analysierten Werte verbunden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen: eine perspektivische Darstellung eines teilweise aufgebrochenen Sensorgrundkörpers mit zwei am Sensorgrundkörper angeordneten Elektroden,

Schnitt durch den Sensorgrundkörper mit angeordneten Elektroden gemäß Figur 1 entlang der Schnittlinie A-A, eine perspektivische Darstellung eines teilweise aufgebrochenen weiteren Sensorgrundkörpers mit zwei am Sensorgrundkörper angeordneten Elektroden,

Schnitt durch den Sensorgrundkörper mit angeordneten Elektroden gemäß Figur 3 entlang der Schnittlinie A-A, eine perspektivische Darstellung eines teilweise aufgebrochenen weiteren Sensorgrundkörpers mit zwei am Sensorgrundkörper angeordneten Elektroden,

Schnitt durch den Sensorgrundkörper mit angeordneten Elektroden gemäß Figur 5 entlang der Schnittlinie A-A, - 7c: Schnitte verschiedener Ausführungsformen des Sensorgrundkörpers mit angeordneten Elektroden.

Die Figuren 1 und 2 zeigen den prinzipiellen Aufbau eines Sensorgrundkörpers 1 . Der Sensorgrundkörper 1 weist einen einen Rohrleitungsabschnitt ausbildenden zylindrischen Bereich 2 mit einer kreisförmigen Durchgangsöffnung 3 auf. Die Durchgangsöffnung 3 erstreckt sich über die gesamte Länge des Sensorgrundkörpers 1 , d.h. die Länge der Durchgangsöffnung 3 entspricht der Länge des Sensorgrundkörpers 1 . Sie bildet einen Kanal zur Leitung des Fluides, dessen dielektrische Eigenschaften bzw. elektrische Leitfähigkeit erfasst werden sollen. Der einen Rohrleitungsabschnitt ausbildende zylindrische Bereich 2 weist an seinen beiden Enden senkrecht zu seiner Längsachse 4 Flansche 5 zum Einbau des Sensors in eine Rohrleitung auf. Der einen Rohrleitungsabschnitt ausbildende zylindrische Bereich 2 weist einen in die Durchgangsöffnung 3 ragenden, sich in Richtung der Längsachse 4 erstrecken ^¬ den Steg 6 auf, der bis über die Mitte der Durchgangsöffnung 3 ragt. Der Steg 6 ist doppelwandig ausgebildet. Er weist zwei parallele Wandungen auf, zwischen denen sich ein in Richtung der Längsachse 4 erstreckender, bis zur Mitte der Durchgangsöffnung 3 ragender Hohlraum 7 ausbildet, wobei dieser Hohlraum 7 nicht mit der Durchgangsöffnung 3 des Sensorgrundkörpers 1 in Verbindung steht. In dem sich zwischen den Wandungen des Steges 6 ausbildenden Hohlraum 7 ist eine erste Elektrode 8 angeordnet. Die erste Elektrode 8 wird von einer auf die einander zuge- wandten Oberflächen der parallelen Wandungen des Steges 6 aufgebrachten metal ^¬ lischen Beschichtung gebildet. Die erste Elektrode 8 ist damit ebenfalls doppelwandig, d.h. u-förmig ausgebildet, wobei sich zwischen beiden Wandungen der ersten Elektrode 8 ein Hohlraum 7 erstreckt. Die erste Elektrode 8 bildet damit elektrisch eine in die Durchgangsöffnung 3 ragende, sich in Richtung der Längsachse 4 und bis zur Mitte der Durchgangsöffnung 3 erstreckende Platte 8.1 .

Eine zweite Elektrode 9 befindet sich auf der äußeren Oberfläche des einen Rohrleitungsabschnitt ausbildenden zylindrischen Bereiches 2. Auch diese Elektrode wird von einer metallischen Beschichtung gebildet. Sie erstreckt sich entlang der

Längsachse 4 des zylindrischen Bereiches 2 über die Länge der im Steg 6 angeord- neten ersten Elektrode 8 und verläuft zu dieser parallel. Sie umschließt den Umfang des zylindrischen Bereiches 2 zu ca. 80 % und überdeckt nicht die schlitzförmige nach außen weisende Öffnung des zwischen den Wandungen des Steges 6 befindlichen Hohlraumes 7. Sie weist vielmehr zu den Kanten der Schenkel der u-förmigen ersten Elektrode 8 einen für eine elektrische Isolation beider Elektroden 8, 9 ausrei- chenden Abstand x auf. Beide Elektroden 8 und 9 sind elektrisch kontaktiert und bilden eine Kondensatoranordnung. Am Sensorgrundkörper 1 sind weiterhin vier Zapfen 10 ausgebildet, an denen ein nicht dargestellter elektrischer Schaltungsträger angebracht werden kann. Auf dem Schaltungsträger kann eine elektronische Schaltung zur Erzeugung, Erfassung und Analyse des elektrischen Feldes der Kondensatorplattenanordnung sowie zur Auswertung und ggf. Speicherung der erfassten und analysierten Werte realisiert sein. Die elektronische Schaltung wird dann mit den eine Kondensatoranordnung bildenden Elektroden 8 und 9 elektrisch verbunden sein. Die auf der äußeren Oberfläche des einen Rohrleitungsabschnitt ausbildenden zylindrischen Bereiches 2 angeordnete zweite Elektrode 9 ist auf Massepotenzial geschaltet. Sie schirmt damit das im Inneren der als Hohlzylinder ausgebildeten zweiten Elektrode 9 befindliche Volumen, in dem sich das zu untersuchende Fluid befindet, gegen äußere elektrische und elektromagnetische Felder ab, wodurch Störungen bei der Erfassung der dielektrischen Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit weitgehend vermieden werden. Außerdem wird durch die Schaltung der zweiten Elektrode 9 auf Massepotenzial weitgehend verhindert, dass die Kondensatoranordnung des Sensors selbst elektromagnetische Energie abstrahlt.

Zur kontinuierlichen Erfassung der dielektrischen Eigenschaften sowie der elektri ^¬ schen Leitfähigkeit eines Fluides, beispielsweise für die Inline-Prozessanalytik, wird der Sensorgrundkörper 1 in eine das Fluid führende Rohrleitung eingebaut, so dass das zu untersuchende Fluid kontinuierlich durch die Durchgangsöffnung 3 geführt wird.

Der Sensor kann aber auch zur diskontinuierlichen Erfassung der dielektrischen Eigenschaften bzw. elektrischen Leitfähigkeit eines Fluides verwendet werden. In diesem Anwendungsfall wird das zu untersuchende Fluid diskontinuierlich in die Durchgangsöffnung 3 eingefüllt und nach der Erfassung der dielektrischen Eigen- Schäften bzw. der elektrischen Leitfähigkeit des Fluides dieses wieder aus der Durchgangsöffnung 3 entnommen.

Der in den Figuren 3 und 4 gezeigte prinzipielle Aufbau eines anderen Sensorgrundkörpers 1 unterscheidet sich von dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Aufbau hinsichtlich der Ausbildung der ersten Elektrode 8 sowie der Ausbildung der beiden Enden des zylindrischen Bereich 2 zum Einbau des Sensors in eine Rohrleitung. Die erste Elektrode 8 wird durch einen etwa in der Mitte der Durchgangsöffnung 3 in den Hohlraum 7 des doppelwandig ausgebildeten Steges 6 eingeklebten und in seiner Längsrichtung entlang der Längsachse 4 ausgerichteten metallischen Stab 8.2, im vorliegenden Beispiel mit rechteckförmigem Querschnitt, gebildet. Die beiden Enden des Stabes 8.2 sind gegenüber seiner Längsachse jeweils um 90° abgewinkelt und so aus dem Hohlraum 7 herausgeführt. Die beiden Elektroden 8.2 und 9 bilden einen Zylinderkondensator.

Die Enden des zylindrischen Bereiches 2 sind stumpf ausgebildet, so dass der Sensor beispielsweise mittels geeigneter Klemmverbinder in eine Rohrleitung eingebaut werden kann.

Die Figuren 5 und 6 zeigen einen weiteren prinzipiellen Aufbau eines Sensorgrundkörpers 1 . Dieser unterscheidet sich von den in den Figuren 1 und 2 bzw. den Figu- ren 3 und 4 gezeigten Aufbauten dadurch, dass der in die Durchgangsöffnung 3 ragende, sich in Richtung der Längsachse 4 erstreckende Steg 6 nicht doppelwandig ausgebildet ist. Er besteht vollständig aus dem Grundmaterial des Sensorgrundkörpers, in welches die erste Elektrode 8 eingebettet ist. Die erste Elektrode 8 ist dabei ebenfalls als ein sich in Richtung der Längsachse 4 erstreckender und in der Mitte der Durchgangsöffnung 3 angeordneter Stab 8.2 ausgebildet. Die zweite Elek ^¬ trode 9 ist als gitterförmige Beschichtung ausgebildet. Die Maschenweite des Gitters ist so bemessen, dass bei Frequenzen <2 GHz elektrische und elektromagnetische Felder durch die zweite Elektrode 9 nahezu vollständig abgeschirmt werden. Die beiden Elektroden 8.2 und 9 bilden auch bei dieser weiteren Ausbildung einen Zylin ^¬ derkondensator.

Die Enden des zylindrischen Bereiches 2 sind als Schlauchtülle ausgebildet, so dass der Sensor beispielsweise mittels auf die Schlauchtüllen aufgesteckten Schläuchen oder Schlauchabschnitten und Schlauchklemmen in eine Rohrleitung oder ein anderes Messsystem eingebaut werden kann.

Die Figuren 7a - 7c zeigen Querschnitte verschiedener Ausführungsformen der Durchgangsöffnung 3 durch den Sensorgrundkörper 1 , dass heißt im Bereich der am Sensorgrundkörper 1 angeordneten Elektroden 8, 9. Sie zeigen damit auch den Querschnitt durch die durch die Elektroden 8, 9 gebildete Kondensatoranordnung.

Figur 7a zeigt den Querschnitt eines einen Rohrleitungsabschnitt ausbildenden kreisrunden zylindrischen Bereiches 2 mit dem Radius r _a und einem radial bis zur Mitte der Durchgangsöffnung 3 in diese ragenden Steg 6. Im Steg 6 ist eine platten- förmig ausgebildete Elektrode 8 angeordnet. Eine zweite Elektrode 9 ist auf der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Bereiches 2 angeordnet. Sie umschließt den Umfang des zylindrischen Bereiches 2 zu ca. 80 %, d.h. bis auf einen Schlitz der Breite 2x. Mittig in diesem Schlitz verläuft die obere Kante der Elektrode 8. Sie hat damit zur Elektrode 9 jeweils den Abstand x. Beide Elektroden 8 und 9 bilden eine Kondensatoranordnung, wobei das Fluid, dessen dielektrische Eigenschaften sowie dessen elektrische Leitfähigkeit erfasst werden sollen, den wesentlichen Teil des Dielektrikums dieser Kondensatoranordnung bildet. Stoffänderungen im Dielektrikum bewirken damit unmittelbar eine Veränderung der Permittivität und des dielektri- sehen Verlustfaktors des Dielektrikums und damit der komplexen Impedanz der Kondensatoranordnung. Diese Änderung der komplexen Impedanz wird in bekannter Weise elektrisch ausgewertet. Daraus werden dann ebenfalls in bekannter Weise Rückschlüsse auf die Änderung der dielektrischen Eigenschaften sowie der elektrischen Leitfähigkeit des im Sensor befindlichen zu untersuchenden Fluides gezogen. Figur 7b zeigt den Querschnitt eines kreisrunden zylindrischen Bereiches 2 mit einem den kreisförmigen Querschnitt vollständig durchspannenden Steg 6. Die Anordnung der Elektroden 8 und 9 ist analog zu der in Figur 7a gezeigten Ausbildung. Der Steg 6 teilt den Querschnitt des zylindrischen Bereiches in zwei Abschnit- te mit jeweils halbkreisförmigem Querschnitt. Die sich längsaxial durch den Sensor ^¬ grundkörper 1 erstreckende Durchgangsöffnung 3 bildet damit zwei parallele Leitungsabschnitte zur Führung des Fluides durch den Sensor. Die Figur 7c zeigt eine weitere Teilung der Durchgangsöffnung 3 in drei parallele Leitungsabschnitte zur Führung des Fluides durch den Sensor. Durch die Führung des Fluides in parallele Leitungsabschnitte mit jeweils vergleichsweise geringer Querschnittsfläche können azimutal gerichtete Strömungen im Fluid weitgehend unterdrückt werden, was zur Verbesserung der Messergebnisse führen kann, und zwar insbesondere dann, wenn das Fluid keine homogenen dielektrischen Eigenschaften bzw. keine homogene elektrische Leitfähigkeit aufweist. Selbstverständlich sind auch Ausbildungen möglich, bei denen eine Teilung der Durchgangsöffnung 3 in vier oder mehr parallele Leitungsabschnitte erfolgt.

Ungenauigkeiten in den Messergebnissen können bei Fluiden mit über den Quer ^¬ schnitt der Durchgangsöffnung 3 unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften bzw. einer unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit durch die Verteilung des elektrischen Feldes in der vorliegenden Kondensatoranordnung mit unterschiedlichen elektrischen Feldstärken bedingt sein.

Der Sensorgrundkörper 1 wird im Thermoplast-Spritzgießverfahren aus einem aus einem Liquid Crystal Polymer (LCP) gefertigt. Danach wird die Oberfläche des Sensorgrundkörpers 1 aktiviert und durch nasschemische Metallabscheidung auf den den Rohrleitungsabschnitt ausgebildeten Bereich des Sensorgrundkörpers sowie die einander zugewandten Oberflächen der Wandungen des doppelwandig ausgebildeten Steges ein lötfähiges Cu-Ni-Au-Schichtsystem aufgebracht. Durch lokales Abtragen des Cu-Ni-Au-Schichtsystems werden anschließend die Elektroden 8, 9 mit einer wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigten geometrischen Form herausgearbeitet. Die Elektroden 8, 9 werden elektrisch kontaktiert und mit einem auf die Zapfen 10 aufgesetzten elektrischen Schaltungsträger elektrisch verbunden. Nach einem anderen Verfahren werden vorgefertigte Elektroden (8, 9) in eine Spritzgießform eingebracht und in dieser lagefixiert. Die Spritzgießform wird auf die

Härtungstemperatur des nachfolgend einzuspritzenden Duroplast- Feedstock vorgewärmt. Danach wird der Duroplast-Feedstock eingespritzt. Hierbei erfolgt in der Spritzgießform eine endgültige Vernetzung und Aushärtung des Grundmaterials. Der Sensorgrundkörper (1 ) wird mit den vom Grundmaterial gehaltenen bzw. in das Grundmaterial eingebetteten Elektroden (8, 9) aus der Spritzgießform entnommen. Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Sensorgrundkörper

2 einen Rohrleitungsabschnitt ausbildender zylindrischer Bereich 3 Durchgangsöffnung

4 Längsachse

5 Flansch

6 Steg

7 Hohlraum zwischen den Wandungen des Steges 6

8, 8.1 , 8.2 erste Elektrode

9 zweite Elektrode

10 Zapfen

x Abstand

r _a Radius