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Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes in feinkörnigen festen Stoffen, wie Erzmischungen
Die übliche Methode zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes feinkörniger fester Stoffe, wie Erz- mischungen, besteht darin, eine bestimmte Menge des zu untersuchenden Materials genau abzuwägen, die Probe bis zur annähernden Gewichtskonstanz zu trocknen und aus dem Gewichtsverlust den Feuchtigkeitsgehalt zu errechnen. Die zur Trocknung erforderliche Zeit beträgt mehrere Stunden ; sie kann unter praktischen Bedingungen auch durch Anlegung eines Vakuums nicht unter eine Stunde herabgesetzt werden, was für betriebliche Bedürfnisse zu lange ist und einen zu grossen Arbeitsaufwand nötig macht.
Es wurden auch bereits Schnellbestimmungen desFeuchtigkeitsgehaltes in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit vorgeschlagen, wobei durch Einstich von Elektroden in das zu bestimmende, elektrolytisch leitende Gut der elektrische Widerstand mittels eines Widerstandsmessgerätes oder durch Vergleich mit einer empirischen Skala der Feuchtigkeitsgehalt festgestellt wurde. Es sind ferner Einrichtungen mit einem Elektrolytgefäss und Elektroden bekannt, bei welchen die zu untersuchende Probe in das Elektrolytgefäss eingefüllt und dieses mit einem variablen und zwei weiteren Widerständen zu einer von Wechselstrom gespeisten Wheatstone'sehen Brücke geschaltet wird, die als Nullinstrument ein Telephon ent- hält.
Die bekannten Messgeräte haben sich im praktischen Betrieb nicht bewährt, wenn man, wie bei Erzmischungen, ein physikalisch ungleichmässiges, teilweise grobes und spezifisch schweres Messgut vorliegen hat. Man kann bei solchem Gut die Elektroden nicht in das Schlittgut auf dem Förderband stecken, da der Kontakt ungleichmässig und die Schütthöhe zou gering ist, um die erforderliche grossflächige Berührung zu ermöglichen. Auch die mitTonfrequenzen oder Röhrenschaltungen arbeitenden Messgeräte haben sich nicht bewährt, weil sie im praktischen Betrieb ungenau und störungsanfällig bzw. zu wenig robust und stark temperaturabhängig waren.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten. Das er- findungsgemässe Gerät, welches ein Elektrolytgefäss und eine Messbrücke aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass in der zur Anzeige verwendeten Brückendiagonale der mit Wechselstrom betriebenen Mess- brücke ein in einem evakuierten Gefäss eingebauter Heizdraht, z. B. aus Platin, vorgesehen ist, wobei zur Messung des thermischen Widerstandes des Heizdrahtes eine zweite, mit Gleichstrom gespeiste Messbrücke vorgesehen ist, die als Nullinstrument ein Galvanometer enthält.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltung eines Messgerätes gemäss der Erfindung er- läutert. Rx stellt das mit der zu untersuchenden Probe gefüllte Elektrolytgefäss, R, einen variablen Widerstand und R ;} und Rgzwei weitere Widerstände dar. Da sich : R : =Rx ! R : verhält, ist es zweckmässig, R2 und R3 untereinander gleich zu machen, so dass bei Stromlosigkeit der Brücke der zu messende Widerstand Rx dem eingestellten Widerstand Ri entspricht. Mit Tr ist ein an die Wechselstromquelle angeschlossener Transformator und mit F der Funkeninduktor bezeichnet. In der Brückendiagonale ist ein dünner Heizdraht vorgesehen.
Der Heizdraht ist in einer evakuierten Röhre H eingebaut, um die Abfuhr von Joule'scher Wärme durch die Moleküle der Luft zu verhindern. Der thermische Widerstand, der durch die Erwärmung des Heizdrahtes hervorgerufen wird, wird in einer zweiten Wheatstone'schenBrücke gemessen, die die Widerstände R, Rs und R als Zweige enthält. Diese Brücke wird durch die Stromquelle B mit Gleichstrom ver-
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sorgt. Als Nullinsmiment verwendet man ein hochempfindliches Galvanometer. Es ist darauf zu achten, dass kein Wechselstrom in das Galvanometer eindringt. Aus diesem Grund wird in die Zuleitung des Heiz- drahtes zur zweiten Brücke je eine Drosselspule D eingebaut.
Der Heizdraht muss ir. stromlosem Zustand gegen die Widerstände Rut, % und Rg so abgestimmt sein, dass das Galvanometer Null anzeigt. Wenn durch die erste Brücke Strom fliesst, wird sich der Heizdraht so lange erwärmen, bis der Widerstand R-i gleich dem der zu unterzeichnenden Probe geworden ist, d. h., das Galvanometer in der zweiten Brücke zeigt während der Abstimmung einen Ausschlag. Sobald Ri gleich Rx geworden ist, befindet sich der Galvano- meterzeiger in der Nullstellung.
Der gefundene Messwert wird sodann mit einer empirisch ermittelten Funktion verglichen, die die
Abhängigkeit des Widerstandes bzw. der Leitfähigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt angibt. Zur Ermittlung der Funktion geht man in folgender Weise vor :
Man stellt für eine Anzahl von gefundenen Widerstandswerten die Gleichung der Regressionslinie auf, wobei der jedem Widerstandsmesswert zugehörige Wassergehalt zunächst gewichtsanalytisch bestimmt wird. Die Gleichung hat allgemein die Form
EMI2.1
Es hat sich jedoch gezeigt, dass man mit der Funktion zweiter Ordnung Y=a+bx+c auskommt. Zur Bestimmung der Koeffizienten wird partiell nach den einzelnen Koeffizienten differenziert, wodurch man so viele Gleichungen erhält, als Koeffizienten vorhanden sind, die in üblicher Weise aufgelöst werden.
Bei einem praktischen Beispiel, dessen elektrische Messwerte und gewichtsanalytisch bestimmte Wassergehalte in Spalte 1 und 2 der folgenden Tabelle angegeben sind, hatte die Funktion nach Berechnung der Koeffizienten die Form
EMI2.2
wobei Y den Widerstandswert in Ohm und x den Wassergehalt in Prozenten darstellt. Der aus der Gleichung berechnete Wassergehalt ist in Spalte 3 der Tabelle angegeben.
EMI2.3
<tb>
<tb>
Widerstände <SEP> der <SEP> Probe <SEP> in <SEP> Ohm <SEP> Wassergehalt <SEP> in <SEP> % <SEP> nach <SEP> 24- <SEP> Wassergehalt <SEP> in <SEP> % <SEP> auf <SEP> Grund <SEP>
<tb> stündigem <SEP> Trocknen, <SEP> ge- <SEP> der <SEP> gem <SEP> essenen <SEP> Widerstandswichtsanalytisch <SEP> bestimmt <SEP> werte
<tb> 430, <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 60 <SEP> 4, <SEP> 60 <SEP>
<tb> 185,0 <SEP> 7,75 <SEP> 7,70
<tb> 141, <SEP> 3 <SEP> 8,50 <SEP> 8,30
<tb> 98,5 <SEP> 9,80 <SEP> 9,30
<tb> 19, <SEP> 3 <SEP> 12,60 <SEP> 13,10
<tb> 102, <SEP> 5 <SEP> 8, <SEP> 72 <SEP> 9, <SEP> 20 <SEP>
<tb> 70, <SEP> 3 <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 51,7 <SEP> 11,2 <SEP> 10,8
<tb> 98, <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 17 <SEP> 9, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 79, <SEP> 0 <SEP> 9, <SEP> 75 <SEP> 9, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
EMI2.4
ist, ist es erfindungsgemäss möglich,
durch einfache Widerstandsmessungen laufende Wassergehaltsbe- stimmungen in ausserordentlich kurzer Zeit zu erhalten.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.