DE1007880B

DE1007880B - Leitfaehigkeits-Messbruecke mit Temperaturkompensation

Info

Publication number: DE1007880B
Application number: DEU3404A
Authority: DE
Inventors: Derek Raynor
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1954-06-24
Filing date: 1955-06-24
Publication date: 1957-05-09
Also published as: GB779158A; NL198376A; US2834937A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitfähigkeits-Meßbrücke mit Temperaturkompensation, bestehend aus vier in Reihe geschalteten Brückenarmen, von denen der erste Brückenarm einen Widerstand, der zweite Arm eine Versuchszelle oder Probe in Reihe mit einem Widerstand, der dritte Arm einen weiteren Widerstand und der vierte Arm ein Widerstandsthermometer aufweist.

Leitfähigkeits-Meßbrücken werden gebraucht, um die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten, wie z. B. Lösungen, zu messen. Die Leitfähigkeit von Lösungen ist jedoch in beträchtlichem Maße temperaturabhängig. Daher ist es, wenn die Konzentration eines in Lösung befindlichen Elektrolyts durch Messung der Leitfähigkeit bestimmt werden soll, erforderlich, die Temperatur festzustellen, bei welcher die Messung vorgenommen worden ist, und eine Korrektur zu ihrer Berücksichtigung vorzusehen oder für eine selbsttätige Kompensation von Temperaturänderungen zu sorgen.

Es sind schon die verschiedensten Versuche gemacht worden, um eine selbsttätige Temperaturkompensation zu ermöglichen. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, die Versuchszelle für den Elektrolyt in einem Arm eines Brückenstromkreises und ein Widerstandsthermometer in dem gegenüberliegenden Arm anzuordnen. Eine solche Anordnung gestattet es jedoch nicht, eine Temperaturkompensation auch bei sich ändernden Leitfähigkeiten des Elektrolyts zu erzielen.

Zweck der Erfindung ist es hauptsächlich, eine verbesserte Leitfähigkeits-Meßbrücke für Substanzen, wie z. B. Lösungen, zu schaffen, deren Leitfähigkeit linear mit der Temperatur ansteigt und bei denen eine selbsttätige Kompensation von Änderungen der Temperatur der Substanz erfolgt, deren Leitfähigkeit veränderbar sein kann.

Es wurde gefunden, daß eine besonders gute Temperaturkompensation mit Hilfe von Leitfähigkeits-Meßbrücken der vorerwähnten Art erhalten werden kann, wenn der Widerstand, der in dem zweiten Brückenarm in Reihe mit der Versuchszelle oder Probe angeordnet ist, eine konstante Beziehung zu dem Widerstand der zu untersuchenden Zelle oder Probe aufweist.

Dies wird bei der obengenannten Meßbrücke dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der in dem dritten Brückenarm vorhandene Widerstand veränderbar und derart mit dem veränderbaren Widerstand des zweiten Armes mechanisch gekoppelt ist, daß das Verhältnis aus den Effektivwerten dieser Widerstände im zweiten und dritten Arm bei Änderung des Effektivwertes einer dieser Widerstände konstant bleibt. Dabei ist das Verhältnis eine Funktion des Verhältnisses des Leitfähigkeits-Temperaturkoeffizienten der Lösung zu dem Widerstands-Temperaturkoeffizienten des Thermometers.

Der Bereich, über welchen eine gute Temperaturkompensation erhalten wird, ist eine Funktion der beiden Leitf ähigkeits -Meßbrücke
mit Temperaturkompensation

Anmelder:
Unilever N. V., Rotterdam (Niederlande)

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 27,

und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1, Baliindamm 26,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 24. Juni il 954

Derek Raynor, Bedfordshire (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Temperaturkoeffizienten und der Werte der Brückenkomponenten. Dieser Bereich ist in jedem Falle leicht zu bestimmen.

Da die Substanz in der zu untersuchenden Zelle bzw. die Substanz, die sich mit der Probe in Berührung befindet, immer einen gewissen Widerstand aufweist, muß stets ein gewisser Widerstand in Reihe mit der zu untersuchenden Zelle oder Probe vorhanden sein, um eine Temperaturkompensation zu schaffen, und daher muß ein entsprechender Widerstand in dem dritten Arm vorgesehen sein, um das Brückengleichgewicht herzustellen.

Dies kann dadurch geschehen, daß die veränderlichen Widerstände daran verhindert werden, den Wert Null zu erreichen, vorzugsweise aber durch Anordnen eines zusätzlichen einstellbaren Widerstandes in Reihe mit jedem veränderbaren Widerstand.

Im vorliegenden Falle soll der effektive Widerstandswert jedes veränderbaren Widerstandes den Widerstandswert des veränderbaren Widerstandes selbst zusammen mit demjenigen des etwa vorhandenen einstellbaren Vorschaltwiderstandes im gleichen Brückenarm der Schaltung bedeuten.

Es ist zu bemerken, daß eine Temperaturkompensation nur für solche Fälle vorgesehen wird, in denen der Leitfähigkeits-Temperaturkoeffizient der Substanz größer ist als der Widerstands-Temperaturkoeffizient des Thermometers.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Form der Probe erwiesen, die zwei Elektroden hat, von denen eine durch die Umhüllung, die das Element des Widerstandsthermometers enthält, gebildet wird.

709 508ΛΙ75

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der Meßbrücke,

Fig. 2 eine Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten Schaltbildes gemäß der Erfindung.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 weist die Brücke im ersten Arm einen einstellbaren Widerstand S, im zweiten Arm eine Versuchszelle oder Probe C in Reihe mit einem veränderbaren Widerstand Y₁, im dritten Arm einen zweiten veränderbaren Widerstand Y₂, der mechanisch mit dem veränderbaren Widerstand Y₁ gekoppelt ist, und im vierten Arm ein Widerstandsthermometer R auf.

Ein Detektor D ist quer über die Verbindung der mit I und IV sowie der mit II und III bezeichneten Brückenarme geschaltet. Die Brücke wird an den anderen Verbindungsstellen mit einem Wchselstrom geeigneter Form, vorzugsweise mit einer Frequenz in dem Bereich SO Hz bis 5 kHz gespeist. Die Lage von Detektor und Stromquelle ist vertauschbar.

In dem in Fig. 2 gezeigten Stromkreis sind die Kleinstwiderstandswerte der veränderbaren Widerstände Y₁ und Y₂ durch Festwiderstände P₁ bzw. P₂ ersetzt.

Vorzugsweise bestehen die Gleichungen P₁= P₂ = P, und Y₁= Y₂- Y- In diesem Falle errechnet sich der Mindestbetrag von Y, d. h. der Betrag P, aus der Beziehung P= (-j — l) C_min, wobei C_min der Mindestbetrag des Widerstandes der zu untersuchenden Zelle, α der Leitfähigkeits-Temperaturkoeffizient der Substanz und β der Widerstands-Temperaturkoeffizient des Thermometers ist. Der Wert von S errechnet sich aus der Gleichung

_min

ein Betrag R bei dieser Temperatur von 170 Ohm. Die errechneten Werte P, S und C_max für die normale Arbeitstemperatur waren 50, 340 und 550 Ohm.
Bei einem anderen Beispiel, bei welchem der Wert von

Der Wert von C_max errechnet sich aus der Gleichung

A= ^p + ^γ™*

^ " "Γ ^max ~Γ * max

wobei die Werte von R, C_min und C_max diejenigen bei der normalen mittleren Betriebstemperatur sind. Umgekehrt kann diese Gleichung dazu verwendet werden, den Wert Y_max entsprechend einem gewünschten Wert von C_max zu berechnen.

Bei einer besonderen Ausführungsform, die ein Platin-Widerstandtshermometer verwendet, hatte R einen Wert von 140 Ohm bei 20° C und einen Temperaturkoeffizienten β von 0,5 Ohm/° C. Es betrug der Wert von

~ = 2, C_min = 50 Ohm und Y_max = 500 Ohm. Die normale Arbeitstemperatur betrug 8O⁰C, und es ergab sich — = 3 war, betrugen die errechneten Beträge von P, vS

und C_max 100, 255 und 300 Ohm.

Da der Temperaturkoeffizient des Widerstandsthermometers praktisch nicht immer konstant ist und da die

ίο Temperaturkompensation und die errechneten Werte nur Näherungen darstellen, kann eine gewisse Anpassung oder Berichtigung der berechneten Werte erforderlich sein. Praktisch sind S₁, P₁ und P₂ einstellbare Widerstände, und zwar werden sie so justiert, daß sie die bestmögliche Temperaturkompensation über den ganzen Temperaturbereich ergeben.

In einem typischen Anwendungsfalle wurde die Bemessung der Konzentration auf ± 1 % genau über einen Temperaturbereich von 40° C, und zwar von 40 bis 80° C, aufrechterhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Leitfähigkeits-Meßbrücke mit Temperaturkompensation, bestehend aus vier in Reihe geschalteten Brückenarmen, von denen der erste Brückenarm einen Widerstand, der zweite Arm eine Versuchszelle oder Probe in Reihe mit einem Widerstand, der dritte Arm einen weiteren Widerstand und der vierte Arm ein Widerstandsthermometer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem dritten Brückenarm vorhandene Widerstand veränderbar und derart mit dem veränderbaren Widerstand des zweiten Armes mechanisch gekoppelt ist, daß das Verhältnis aus den Effektivwerten dieser Widerstände im zweiten und dritten Arm bei Änderung des Effektivwertes eines dieser Widerstände konstant bleibt.

2. Leitfähigkeits-Meßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis den Wert 1 hat.

3. Leitfähigkeits-Meßbrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im zweiten und dritten Brückenarm in Reihe zu den miteinander gekoppelten Widerständen als auch im ersten Brückenarm je ein einstellbarer Widerstand vorhanden ist.

4. Leitfähigkeits-Meßbrücke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Widerstände den gleichen Widerstandswert aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 810 044;
ATM V 3514, Bl. T 80.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen