Berührungslose Permittivitäts- und Leitfähigkeitsmessung mit einem Mehrelektrodensystem

Abstract:
In der elektrischen Kapazitätstomografie (ECT) können bei zeitharmonischer Anregung auch Informationen aus der Phasenlage der Verschiebungsströme zwischen den Elektroden gewonnen werden. Wir zeigen an einem Modellsystem mit 16 äquidistant verteilten Elektroden, dass sich auch mit einem kommerziellen Sensor, der lediglich Kapazitätswerte ausgibt (AD7746), dennoch nichtideale (leitfähige) Dielektrika charakterisieren lassen. Dazu haben wir einerseits FE-Simulationen durchgeführt, die die Admittanzen für relative Permittivitäten und spezifische Widerstände im Bereich von epsilonr = 1...80, ρ = 0,01...100 Ω⋅m berechnen. Andererseits wurden Experimente durchgeführt, in denen die Temperatur und der Salzgehalt von Wasser variiert wurden, um ebenfalls die relative Permittivität und die Leitfähigkeit einstellen zu können. Dabei zeigt sich, dass die Änderung der Suszeptanz und Konduktanz zwischen zwei Elektroden, davon abhängt, ob die übrigen Elektroden geerdet oder isoliert sind. Aufgrund dieses Unterschieds kann auf (epsilonr,-ρ)−Paare geschlossen werden, die den Ausgabewerten des Kapazitätssensors entsprechen. Der Rechnungs-Messungs-Vergleich zeigt, dass die Kapazitätssensorreaktion auf eine Permittivitätsänderung der erwarteten Reaktion aus dem Modell entspricht. Auch Leitfähigkeitsänderungen rufen eine Sensorreaktion hervor, deren Details noch nicht völlig verstanden sind.