Die Erfindung betrifft eine TDR-Messvorrichtung zur Bestimmung der

Dielektrizitätskonstanten und/oder daraus abgeleiteter Materialeigenschaften, insbesondere der Feuchte und/oder der Leitfähigkeit, eines durch eine Rohrleitung fließenden Mediums. Es versteht sich von selbst, dass die Rohrleitung jede Leitung sein kann, die dazu geeignet ist, ein Medium zu führen. Es kann sich also um eine geschlossene Leitung oder aber auch um eine rinnenförmige Leitung handeln.

Das dielektrische TDR-Messprinzip zur Bestimmung der Feuchte eines Mediums wird in vielen industrielle Anwendungen genutzt. Hierbei wird die Dielektrizitätskonstante (DK) eines Materials über ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld gemessen, wobei das elektromagnetische Hochfrequenzfeld das zu vermessende Material durchdringt. Die Dielektrizitätskonstante von Wasser hat bei 20°C einen Wert von 80 und unterscheidet sich damit stark von den Dielektrizitätskonstanten von Feststoffen, die je nach Material DK-Werte von 3 bis 30 aufweisen. Bei diesem starken dielektrischen Kontrast kann die Dielektrizitätskonstante somit als Maß für den Wassergehalt bzw. die Materialfeuchte herangezogen werden.

Das zur DK-Messung eingesetzte TDR-Messprinzip (Time-Domain-Reflectometry, auch Kabelradar genannt) hat sich in den letzten 20 Jahren als präzises Messverfahren für anspruchsvolle Anwendungen in der Industrie immer mehr durchgesetzt. Bei entsprechenden TDR-Messungen kommen üblicherweise zwei- oder dreiadrige, parallele Wellenleiter zum Einsatz. Die Wellenleiteranordnung entspricht dem eigentlichen Sensor bzw. der Messsonde. Diese wird in Form von Stäben oder Platten in das zu

untersuchende Medium eingebracht.

Zur DK-Messung wird bevorzugt ein Spannungssprung bzw. eine Signalflanke erzeugt, der sich entlang eines Koaxialkabels ausbreitet, das an die Wellenleiter angeschlossen ist. Geht der Spannungssprung auf den Wellenleiter über, kommt es zu einer

Teilreflexion. Der sich weiter ausbreitende Anteil des Messsignals wird am Sondenende vollständig reflektiert. Die Sprungantwort eines Wellenleiters lässt sich über den

Zeitbereich messen, wobei die Reflexionszeit das Maß für den Wassergehalt bzw. die kompletten dielektrischen Eigenschaften darstellt.

Grundlage für die Anwendung der TDR-Technologie zur Feuchtemessung bildet folgender physikalischer Zusammenhang:

Demnach ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer elektromagnetischen Welle im Vakuum gleich der Lichtgeschwindigkeit c ₀ . Außerhalb des Vakuums ist die

Ausbreitungsgeschwindigkeit c nur von der Dielektrizitätskonstanten er und der magnetischen Permeabilität pr des Materials, in dem sich die Welle ausbreitet, abhängig. Letztere kann in nichtmagnetischen Materialien gleich 1 gesetzt werden, so dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit nur von der Dielektrizitätskonstante (DK) abhängig ist.

Die Herausforderung bei der TDR-Messung liegt in der sehr kurzen Laufzeit der elektromagnetischen Welle auf der Sonde. Daher müssen für die Messung kurzzeitige und steilflankige Impulse (Anstiegszeit < 300 Pikosekunden) verwendet werden.

Ein Verfahren ebenso wie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Feuchte eines

Produkts/Mediums über ein TDR-Verfahren sind aus der EP 0 478 815 A1 bekannt geworden. Bei dem bekannten Verfahren wird mittels eines Messsignalgebers ein rechteckförmiges Signal auf eine Messleitung gegeben. Die Pulsdauer des Signals ist hierbei doppelt so groß gewählt wie die Laufzeit des Signals auf der Messleitung. Das Signal wird auf der Messleitung bzw. am Ende der Messleitung reflektiert. Am Eingang der Messleitung beziehungsweise am Ausgang des Messsignalgebers bildet sich daher durch die Überlagerung der Amplituden des auf die Messleitung eingespeisten

Messsignals und des auf oder am Ende der Messleitung reflektierten Messsignals das Summensignal. Die Messleitung ist hierbei bevorzugt als Sonde ausgebildet.

Beim TDR-Verfahren muss gewährleistet sein, dass ein elektrischer Impuls sich entlang der Messleitung/Sonde ausbreiten kann und am Ende der Messleitung/Sonde reflektiert wird. Über die Laufzeit des Impulses wird die Feuchte des Mediums ermittelt. Bei der bekannten Lösung läuft der Impuls, ausgelöst von der Signalverarbeitungselektronik über ein Kabel zur ersten Messleitung, vom Ende der ersten Messleitung zum Anfang der zweiten Messleitung, wird am Ende der zweiten Messleitung reflektiert und läuft wieder zurück zur Signalverarbeitungselektronik. Die Laufzeit des Impulses wird als Feuchtewert verrechnet und über Standard-Analogsignale, die z.B. auf dem 0-20mA- oder dem 4- 20mA- Standard beruhen, ausgegeben. Parallel kann die Feuchte aber auch über eine digitale Schnittstelle, wie z.B. eine RS 485, ausgegeben werden.

Die Anmelderin entwickelt und vertreibt diverse Messgeräte, die auf dem TDR- Messprinzip beruhen. Insbesondere werden Messgeräte unter den Bezeichnungen Sono- Vario, Sono-Silo, Trime-Pico angeboten. Die Messgeräte bestehen jeweils aus dem Sensor bzw. der Messsonde und einer TDR-Messelektronik, die jeweils auf einer Platine im Sondengehäuse oder außerhalb des Sondengehäuses untergebracht ist. Die TDR- Messelektronik ist dabei immer (intern im Sondengehäuse, oder extern) über ein

Hochfrequenzkabel/ Koaxialkabel mit dem Sensor bzw. der Messsonde verbunden.

Die unterschiedlichen Sondendesigns sind optimal für unterschiedlichen industriellen Anwendungen ausgelegt. Insbesondere werden Sensoren angeboten, die in der Länge, insbesondere zwischen 0,05 m und 0,5 m variieren. Die bekannten Lösungen sind vornehmlich über Stabanordnungen oder auch über Planar-Sensoren realisiert; diese sind entweder beschichtet oder unbeschichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine TDR-Messvorrichtung vorzuschlagen, die Parameter des durch eine Rohrleitung strömenden Mediums nicht-invasiv misst und/oder eine Zustandsänderung der Rohrleitung erkennt. Unter dem Begriff‘nicht-invasiv' wird im Zusammenhang mit der Erfindung verstanden, dass der Fluss des Mediums durch die Messvorrichtung nicht behindert oder gestört wird.

Die Erfindung wird gelöst durch eine TDR-Messvorrichtung zur Bestimmung der

Dielektrizitätskonstanten und daraus abgeleiteter Materialeigenschaften, insbesondere der Feuchte und/oder der Leitfähigkeit, eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Lösung darüber hinaus zur Erkennung einer Zustandsänderung der Rohrleitung, die von dem Medium durchflossen wird, oder zur Erkennung der Beschaffenheit eines durch die Rohrleitung fließenden Mediums geeignet.

Die TDR-Messvorrichtung umfasst eine Signalerzeugungselektronik, die TDR- Messsignale, bevorzugt Sprungsignale, wie sie in der EP 0 478 815 A1 beschrieben sind, erzeugt, eine Sende- und/oder Empfangselektronik, die die TDR-Messsignale aussendet und/oder empfängt, eine Ein-/Auskoppelvorrichtung, die die TDR-Messsignale auf eine elektrisch-leitfähige Messsonde einer vorgegebenen Länge eingekoppelt bzw. von der Messsonde ausgekoppelt, und eine Regel-/Auswerteelektronik, die anhand der Laufzeit der TDR-Messsignale die Dielektrizitätskonstante und daraus abgeleitete

Materialeigenschaften, insbesondere die Feuchte und/oder die Leitfähigkeit, des

Mediums. Die Anbindung der Elektronik an den Sensor erfolgt bevorzugt über ein HF- Kabel. Die Elektronik ist entweder am Sensor angeordnet, oder sie ist vom Sensor räumlich getrennt angeordnet, wobei die Entfernung üblicherweise zwischen 1-2m liegt.

Bevorzugt ist die Messsonde außerhalb des von dem Medium durchflossenen

Innenraums der Rohrleitung elektrisch isoliert angeordnet und derart ausgestaltet, dass die Laufzeit der Messsignale auf der Messsonde abhängig ist von der

Dielektrizitätskonstanten des durch die Rohrleitung fließenden Mediums. Alternativ ist die Messsonde so angeordnet, dass sie bündig mit der dem fließfähigen Medium zugewandten Innenfläche der Rohrleitung abschließt. Es versteht sich von selbst, dass in diesem Fall zumindest zwei die Messsignale führenden Elektroden vorgesehen sein müssen, die elektrisch voneinander isoliert sind. Diese alternative Positionierung der Messsonde bietet sich insbesondere an, wenn Konzentrationsmessungen an fließfähigen Medien mit sehr hohen Dielektrizitätskonstanten, z.B. Zuckerlösungen für Softdrinks, gemessen werden. Bei diesen Anwendungen würde eine Isolation der Messsonde zum fließfähigen Medium hin zu einer deutlich verringerten Messgenauigkeit führen. Die Dielektrizitätskonstanten entsprechender Medien liegen oberhalb von 50, häufig zwischen 60-80. Ist die Leitfähigkeit des Mediums größer als 25mS/cm, so wird das Messsignal durch elektrischen Kurzschluss so stark gedämpft, dass es je nach Sondengeometrie ggf. nicht mehr empfangen werden kann. Die für die Messsignale verwendete Frequenz liegt übrigens bevorzugt im Bereich von 500 MHz - 2 GHz.

Die fließfähigen Medien können flüssig oder viskos sein. Es kann sich bei dem Medium aber auch um ein Schüttgut oder einen pulverförmigen Stoff handeln.

Die erfindungsgemäße TDR-Messvorrichtung ermöglicht die nicht-invasive inline- Messung verschiedener physikalischer Eigenschaften von flüssigen/viskosen Medien oder Schüttgütern, während diese eine Rohrleitung durchströmen. Da die Messsonde außerhalb des Strömungsweges des Mediums angeordnet ist, kann das Medium ungestört und unbeeinflusst von der Messsonde durch die Rohrleitung strömen. Die TDR- Messvorrichtung erlaubt es darüber hinaus, Veränderungen an der Wandung der Rohrleitung, die von dem Medium durchströmt wird, zu erkennen. Diese Information kann nachfolgend zu Kompensationszwecken oder zur Fehlerzustandserfassung verwendet werden. Eine Zustandsänderung im Bereich der Rohrleitung kann z.B. durch Fouling ausgelöst werden.

Das TDR-Messgerät dient zur nicht-invasiven Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten, Permittivität und/oder der Leitfähigkeit des Mediums, das die Rohrleitung durchströmt. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße TDR-Messvorrichtung eine verbesserte Genauigkeit bei der Bestimmung der Feuchte oder der Leitfähigkeit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung besteht die Messsonde aus zumindest zwei bevorzugt als Leiterbahnen ausgestalteten Elektroden, wobei eine erste Elektrode die TDR-Messsignale führt und wobei die zumindest eine weitere Elektrode als Schirm- oder Masseelektrode ausgestaltet ist.

Bevorzugt bestehen Sensoren zur Erfassung von Messwerten über die TDR-Technologie jeweils aus einem oder zwei elektrisch leitfähigen Elektroden auf Massepotenzial und einer elektrisch leitfähigen Elektrode, in die das Hochfrequenz-Messsignal eingekoppelt wird. Die Elektroden sind parallel geführt und jeweils an einem Endbereich elektrisch kontaktiert. Am„offenen“, nicht elektrisch kontaktierten Ende wird das

Hochfrequenzsignal reflektiert. Die Messsonde wird über ein Koaxialkabel an eine TDR- Messelektronik (die üblicherweise auf einer Platine angeordnet ist) angeschlossen. Die TDR-Messelektronik generiert das Hochfrequenzsignal, misst die Laufzeit des am

Sondenende reflektierten Signals, wertet die gemessenen Daten aus und stellt das Messergebnis zur Verfügung. Je nach Anwendung kann die Platine direkt in einem Sensorgehäuse integriert sein. Es ist jedoch in Abhängigkeit von der jeweiligen

Anwendung möglich, die Platine abgesetzt von dem Sensorgehäuse anzuordnen.

Als wesentlich bei der Erfindung ist anzusehen, dass die Dimensionierung und/oder das Design der Messsonde so ausgestaltet sind/ist, dass das von den Messsignalen erzeugte elektromagnetische Feld das Innere der Rohrleitung zumindest näherungsweise vollständig durchsetzt. Durch die Anordnung und Ausgestaltung der zumindest einen auf Masse liegenden Elektrode lässt sich die Feldgeometrie gezielt beeinflussen. So sieht eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Messsonde vor, dass die erste Elektrode und die Schirm- oder Masseelektrode im Wesentlichen auf bzw. in sich gegenüberliegenden Flächenbereichen der Rohrleitung angeordnet sind.

Bevorzugt bestehen die Messsonde übrigens aus drei als Leiterbahnen ausgestalteten Elektroden, wobei eine der Elektroden die TDR-Messsignale führt und im Wesentlichen mittig bezüglich der beiden als Schirm- oder Masseelektroden ausgestalteten Elektroden angeordnet ist.

Eine Ausgestaltung sieht - wie bereits beschrieben - vor, dass kein direkter Kontakt zwischen den Elektroden und dem Medium besteht. Hier sind die Elektroden entweder auf der Außenwandung der Rohrleitung oder in der Rohrwandung der Rohrleitung angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass die Rohrleitung selbst zumindest in dem Bereich, in dem sich die Messsonde befindet, aus einem elektrisch nichtleitenden Material gefertigt ist. Möglich ist es auch, den entsprechenden Rohrleitungsabschnitt mit den Elektroden als separate Einheit auszugestalten, wobei die separate Einheit in die

Rohrleitung eingesetzt wird. Hierbei haben die Rohrleitung und die separate Einheit bevorzugt den gleichen Innenrohrdurchmesser. Bei einer weiteren, zuvor bereits angesprochenen Ausgestaltung sind die Elektroden derart bezüglich der Innenfläche der Rohrleitung platziert, dass ihre dem Medium zugewandte Außenfläche bündig mit der dem Medium zugwandten Innenfläche der Rohrleitung abschließt.

Gemäß einer Weiterbildung der Messsonde sind die Elektroden im Wesentlichen parallel zueinander und spiralförmig bezüglich der Rohrleitung angeordnet. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektroden parallel zueinander in Form von Teilkreisen (sh. Fig. 4) im Wesentlichen senkrecht zur Fließrichtung des fließenden Mediums durch die Rohrleitung angeordnet sind. Bei den gewählten Ausgestaltungen muss sichergestellt sein, dass der Innenraum der Rohrleitung im Bereich der Messsonde vollständig oder zumindest großteils von dem elektromagnetischen Feld der entlang der Messsonde laufenden Messsignale durchsetzt ist. Bei den beiden erst genannten Ausgestaltungen sind die Freiheitsgrade bezüglich der Länge der Elektroden größer als bei der zuletzt genannten Anordnung der Elektroden.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Elektroden bevorzugt gleiche Länge aufweisen, sich aber in der Breite unterscheiden. Mit den zuvor genannten unterschiedlichen

Ausgestaltungsformen der Elektroden, lässt sich die Messsonde in weiten Grenzen optimal an die jeweilige Anwendung anpassen. Liegen die Elektroden einander gegenüber, so ist die Durchsetzung des Innenraums mit dem elektromagnetischen Feld der entlang der Messsonde laufenden Messsignale über den Querschnitt der Rohrleitung garantiert.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die TDR-Messvorrichtung so auszugestalten, dass sie zusätzlich zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten des durch die Rohrleitung fließenden Mediums auch Information über eine Zustandsänderung der Wandung der Rohrleitung liefert. Während die erste Messsonde so ausgestaltet ist, dass das von den Messsignalen erzeugte elektromagnetische Feld, sprich das Messfeld, den Innenraum der Rohrleitung zumindest näherungsweise vollständig durchsetzt, ist die zweite

Messsonde so ausgestaltet, dass das von den Messsignalen erzeugte

elektromagnetische Feld nur einen Teilbereich des Innenraums der Rohrleitung in der Umgebung der Rohrwandung durchsetzt. Während bei der ersten Messsonde die Laufzeit und/oder die Dämpfung der entlang der Messsonde laufenden Messsignale Information über die Dielektrizitätskonstante des Mediums liefert, liefert die Laufzeit und/oder die Dämpfung der Messsignale bei der zweiten Messsonde Information über eine

Zustandsänderung der Rohrleitung. Hierdurch ist es möglich, eine an der Innenwandung der Rohrleitung auftretende Abrasion ebenso wie Ablagerungen/Anhaftungen des Mediums an der Innenwandung der Rohrleitung zu erkennen. Bevorzugt sind beide Messsonden axial zueinander versetzt an der Rohrleitung angeordnet. Die beiden Messungen können alternierend mittels einer Weiche oder parallel zueinander durchgeführt werden.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung sieht eine

Multisensoranordnung aus z.B. drei bevorzugt axial zueinander versetzten und unterschiedlich ausgestalteten Messsonden vor. Während eine erste Messsonde so ausgestaltet ist, dass das von den Messsignalen erzeugte elektromagnetische Feld den Innenraum der Rohrleitung zumindest näherungsweise vollständig durchsetzt, sind eine zweite Messsonde und eine dritte Messsonde so ausgestaltet, dass die von ihnen im Innenraum der Rohrleitung von den Messsignalen erzeugten elektromagnetischen Felder ringförmige Bereiche unterschiedlicher Dicke im Bereich der Wandung der Rohrleitung durchsetzen. Eine derartige Ausgestaltung der TDR-Messvorrichtung ermöglicht es z.B. zu erkennen, ob das Medium die Rohrleitung laminar durchströmt. Darüber hinaus kann mit einer derartigen TDR-Messvorrichtung auch erkannt werden, ob bei einem

Mehrkomponenten-Medium, das durch die Rohrleitung strömt, eine homogene

Durchmischung gegeben ist, oder ob sich das durch die Rohrleitung fließende Mediums seine unterschiedlichen Komponenten, z.B. Öl und Wasser, aufgespaltet hat.

Weiterhin wird es in Verbindung mit der Erfindung als vorteilhaft angesehen, wenn die Messsonde in einem als Faraday’scher Käfig wirkenden Gehäuse angeordnet ist.

Eine sehr interessante Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung schlägt vor, dass die Signalerzeugungselektronik, die Sende- und/oder

Empfangselektronik, die Ein-/Auskoppelvorrichtung und die Messsonde auf einer mehrlagigen, bevorzugt einer dreilagigen Leiterkarte angeordnet sind. Insbesondere ist bei dieser Ausgestaltung in der Leiterkarte eine Bohrung vorgesehen, die so

dimensioniert ist, dass die Rohrleitung näherungsweise bündig in der Bohrung anordenbar ist. Bei dieser Ausgestaltung der Messsonde wird darüber hinaus angeregt, dass die Elektroden derart in der Schichtstruktur der Leiterkarte und relativ zur Bohrung in der Leiterplatte angeordnet sind, dass die in der ersten Elektrode geführten Messsignale mit dem in der Rohrleitung fließenden Medium in Wechselwirkung treten.

Weiterhin ist vorgesehen, dass es sich bei der Rohrleitung um einen flexiblen oder starren Schlauch oder um eine Messkapillare handelt, die zumindest im Bereich der

Durchführung durch die Bohrung aus einem nicht leitfähigen Material besteht.

Die erfindungsgemäße Lösung in den unterschiedlichen Ausgestaltungen zeichnet sich durch die folgenden Vorteile aus:

Die erfindungsgemäßen Messsonden lassen sich mit geeigneten

Herstellverfahren miniaturisieren. Dadurch sind die Messsonden bzw. Sensoren zur Integration in andere Bauteile, in z.B. Stecker/ Kupplungen oder Gehäuse, bestens geeignet. Auch lassen sich die erfindungsgemäßen Messsonden in eine Leiterkarte integrieren.

Die erfindungsgemäße Messsonde arbeitet berührungslos - in diesem Fall haben die Elektroden also keinen direkten Kontakt zum Medium. Somit sind die

Elektroden gegen Umwelteinflüsse und gegen das Medium geschützt. Abrasion tritt nicht auf. Sowohl bei der berührungslosen als auch bei der nicht-invasiven Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich die Elektroden in die Wandung der Messsonde - oder in einer alternativen Ausgestaltung - in die Platine selbst integrieren. Beispielsweise kommt hierbei das IMKS-Verfahren (Integriertes Metall/Kunststoff-Spritzgießen) zur Anwendung.

Die Messsonde kann die Rohrleitung umgeben, in der das Medium strömt.

Berührungslose bzw. nicht-invasive Messsonden haben weiterhin den Vorteil, dass sie den Strömungsweg des Mediums nicht beeinflussen. Druckverluste in der Rohrleitung oder Verwirbelungen des Mediums treten somit nicht auf. Auch muss auf die jeweilige Einbauposition in der Rohrleitung kein besonderes

Augenmerk gelegt werden. Abstandsanforderungen in Bezug auf Einlauf- oder Auslaufstrecken entfallen. Ebenso können die erfindungsgemäßen Messsonden in Rohrbögen eingebaut werden. Darüber hinaus kann die Messsonde

unterschiedliche Geometrien bzw. Querschnitte haben. Beispielsweise kann der Querschnitt rund, eckig oder oval sein.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung,

Fig. 2: eine erste Ausgestaltung der TDR-Messsonde,

Fig. 3: eine zweite Ausgestaltung der TDR-Messsonde,

Fig. 4: eine dritte Ausgestaltung der TDR-Messsonde und

Fig. 5: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung,

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung zur berührungslosen oder nicht-invasiven Bestimmung zumindest der Dielektrizitätskonstanten und ggf. daraus abgeleiteter Eigenschaften des Mediums eines durch eine Rohrleitung 1 fließenden Mediums 2 und/oder zur Erkennung einer Zustandsänderung der Rohrleitung 1 , die von dem Medium 2 durchflossen wird. Die TDR-Messvorrichtung besteht aus einem Sensor bzw. einer Messsonde 6 und einer Messelektronik 16. Im gezeigten Fall sind die beiden

Komponenten 6, 16 voneinander beabstandet und durch die Messleitung 14 miteinander verbunden. Bei der Messleitung 14 handelt es sich bevorzugt um ein Koaxkabel.

Auf der Leiterkarte 12 sind die Elektronikkomponenten der Messelektronik 16 angeordnet: die Signalerzeugungselektronik 3, die Sende- und/oder Empfangselektronik 4, die Ein- /Auskoppelvorrichtung 5 und die Regel-/Auswerteelektronik 7. Die

Signalerzeugungselektronik 3 erzeugt die TDR-Messsignale, die Sende- und/oder Empfangselektronik 4 sendet die TDR-Messsignale aus und/oder empfängt die auf der Messsonde reflektierten TDR-Messsignale. Die Ein- und Auskopplung der TDR- Messsignale auf die Messleitung 14 und die Messsonde 6 erfolgt über die Ein- /Auskoppelvorrichtung 5. Von hier werden die Messsignale über eine Hochfrequenz- Steckverbindung 18, an die ein Hochfrequenzkabel 14 angeschlossen ist, auf die

Messsonde 6 geleitet. Anhand der Laufzeit der TDR-Messsignale auf der Messsonde 6 ermittelt die Regel-/Auswerteelektronik zumindest die Dielektrizitätskonstante und/oder die Permittivität und ggf. daraus abgeleitete Eigenschaften oder Parameter des Mediums. Bei diesen Mediumseigenschaften handelt es sich insbesondere um die Feuchte und/oder die Leitfähigkeit. Weiterhin ist die erfindungsgemäße TDR- Messvorrichtung dazu geeignet, alternativ oder additiv eine Zustandsänderung der Rohrleitung 1 zu erkennen. Die Zustandsänderung wird beispielsweise durch Ablagerungen an der Innenwandung der Rohrleitung 1 hervorgerufen. Die Messdaten oder die Daten über eine Zustandsänderung der Rohrleitung 1 werden über die Schnittstelle 15 an eine

übergeordnete Steuerung/ Anzeigevorrichtung weitergeleitet. Die Weiterleitung kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Sensors bzw. der Messsonde 6 sind in den Figuren Fig. 2 - Fig. 5 näher beschrieben.

Die erfindungsgemäßen Sensoren bzw. Messsonden 6 unterscheiden sich von den bisher bekannten Sensoren dadurch, dass sie mit der Rohrleitung 1 , in der das zu

untersuchende Medium geführt ist, verbunden sind und zwar so, dass sie von dem Medium isoliert sind. Die Messsonden 6 können auf der Außenwand der Rohrleitung 6 angebracht, aber auch in die Wandung der Rohrleitung 1 integriert sein. Weiterhin können die Messsonden 6 so platziert sein, dass die in den Innenraum der Rohrleitung 6 weisende Oberfläche der Elektroden 9, 10, 1 1 bündig mit der Innenfläche der Rohrleitung 6 abschließt. Vorteilhaft lassen sich ein Rohrleitungsabschnitt und die Elektroden 9, 10,

1 1 bevorzugt in einem Verfahrensschritt mit dem IMKS-Verfahren (Integriertes

Metall/Kunststoff-Spritzgießen) hersteilen. Die entsprechende Komponente kann dann nachfolgend über eine geeignete Befestigung in die Rohrleitung eingebracht werden. Alternativ können die Elektroden 9, 10, 1 1 auch auf die Außenfläche einer bestehenden Rohrleitung 1 aufgebracht werden.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausgestaltung der TDR-Messsonde 6. Bei der gezeigten

Ausgestaltung hat der Sensor zwei Elektroden 9, 10, die in Richtung der Längsachse 19 der Rohrleitung 1 auf oder in der Rohrleitung 1 angeordnet sind. Die Rohrleitung 1 - im Zusammenhang mit der Erfindung allgemein auch als Messkörper bezeichnet - muss ein elektrischer Isolator (z.B. Kunststoff/ Keramik...) sein, da sich das Messfeld sonst nicht in der Rohrleitung 1 ausbreiten kann und folglich von dem Medium 2 nicht beeinflusst werden kann. Die Elektroden 9, 10 haben vorteilhaft die gleiche Länge L, aber unterschiedliche Breiten B. Über die Variation der Breite B und/oder der Länge L der Elektroden 9, 10 lässt sich das Messfeld optimal auf die jeweilige Messaufgabe abstimmen.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung der TDR-Messsonde 6, die als Spiralsensor oder Axial-Spirale bezeichnet wird. Bei der gezeigten Ausführung sind drei Elektroden 9, 10,

1 1 entlang der Längsachse 19 der Rohrleitung 1 bzw. des Messkörpers angebracht. Der Messkörper 1 muss wiederum zumindest im Bereich der Messsonde aus einem elektrisch isolierenden Material (z.B. Kunststoff/ Keramik...) gefertigt sein, da sich das Messfeld sonst nicht in dem Innenraum 8 der Rohrleitung 1 bzw. des Messkörpers ausbreiten und in Interaktion mit dem zu messenden Medium 2 treten kann. Die Länge L der Elektroden 9, 10, 1 1 ist bestimmt wesentlich die Empfindlichkeit des Sensors 6, da sich die Laufzeit der Messsignale bei längeren Elektroden 9, 10, 1 1 bis zum Elektrodenende und zurück verlängert. Bei dem gezeigten Spiralsensor bestehen hinsichtlich der Länge L, aber auch der Breite B viele Optionen.

Bei dem Spiralsensor sind die Elektroden 9, 10, 1 1 parallel in Spiralform um die

Rohrleitung 1 bzw. den Messkörper gewunden. Die Elektroden 9, 10, 1 1 sind vorteilhaft gleich lang, können aber auch in dieser Bauform unterschiedlich breit sein. Mit der Breite und Länge der Elektroden 10, 1 1 , 12 sowie mit der Steigung der Spirale lässt sich das Messfeld vorteilhaft auf die jeweilige Messaufgabe abstimmen.

Eine dritte Ausgestaltung der TDR-Messsonde 6 ist in Fig. 4 zu sehen. Bei diesem als konzentrischer Sensor 6 oder als Teilkreisleiter bezeichneten Sensor 6 sind drei Elektroden 9, 10, 1 1 konzentrisch zur Längsachse 19 auf oder in der Rohrleitung 1 angeordnet, allerdings sind die Kreise nicht geschlossen. Auch hier muss die Rohrleitung

I bzw. der Rohrleitungsabschnitt mit der Messsonde 6 wiederum ein elektrischer Isolator (z.B. Kunststoff/ Keramik...) sein, da sich das Messfeld sonst nicht in den Innenraum 8 des Messkörper 1 ausbreiten und in Interaktion mit dem zu messenden Medium treten kann. Die Elektroden 9, 10, 1 1 sind vorteilhaft gleich lang, die Breite kann gleich oder unterschiedlich sein. Über die Variation der Breite und/oder Länge der Elektroden 9, 10,

I I lässt sich das Messfeld für die jeweilige Messaufgabe vorteilhaft dimensionieren.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen TDR-Messvorrichtung 17, die als PCB-OnBord-Lösung bezeichnet werden kann. Auf eine Beschreibung der einzelnen Elektronikkomponenten 3, 4, 5, 7 der Messelektronik 16 wird verzichtet, da sie - bis auf eine Ausnahme - identisch sind mit den in Fig. 1 gezeigten Komponenten.

Die Messsonde 6 bzw. der Sensor entspricht bevorzugt dem in Fig. 4 gezeigten

Teilkreisleiter. Allerdings ist bei dieser Ausgestaltung die aus Teilkreisen bestehende Messsonde 6 nicht konzentrisch auf oder in der Rohrleitung 1 , in der das zu messende Medium 2 geführt ist, angeordnet, sondern konzentrisch in einer Bohrung 13, die in der Leiterplatte 12 vorgesehen ist. Durch diese Bohrung 13 ist die Rohrleitung 1 geführt. Bevorzugt befindet sich die Bohrung 13 in der Nähe des Hochfrequenzanschlusses bzw. der Ein-/Auskoppelelektronik. Die bevorzugt drei konzentrisch um die Bohrung 13 angeordneten teilkreisförmigen Elektroden 9, 10, 1 1 sind in drei Lagen der Leiterkarte 12 angeordnet. Die in Fig. 1 gezeigte Hochfrequenz-Steckverbindung 18 und das Koaxkabel 14 entfallen bei der in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen TDR- Messvorrichtung 17. Im mittleren Bereich der teilkreisförmigen Leiterbahnsensoren 9, 10,

1 1 befindet sich die Bohrung 13, durch die z.B. eine Messkapillare 1 oder ein Schlauch geführt wird, in der/dem das flüssige zu messende Medium 2 strömt. Der Messkörper 1 ist zumindest im Bereich der Durchführung durch die Bohrung 13 der Leiterkarte 12 aus einem elektrisch nichtleitenden Material gefertigt.

Bezugszeichenliste

1 Rohrleitung

2 Medium

3 Signalerzeugungselektronik

4 Sende-/Empfangselektronik

5 Ein-/Auskoppelvorrichtung

6 Messsonde bzw. Sensor

7 Regel-/Auswerteelektronik

8 Innenraum der Rohrleitung

9 Elektrode bzw. Heißleiter

10 Masse- bzw. Schirmelektrode

1 1 Masse- bzw. Schirmelektrode

12 Leiterkarte

13 Bohrung

14 Messleitung / Koaxkabel

15 Schnittstelle

16 Messelektronik

17 TDR-Messvorrichtung

18 Hochfrequenz-Steckverbindung

19 Längsachse