DE1158727B - Anordnung zur temperaturkompensierten Konzentrationsbestimmung von Elektrolyten durch elektrodenlose Leitfaehigkeitsmessung - Google Patents

Anordnung zur temperaturkompensierten Konzentrationsbestimmung von Elektrolyten durch elektrodenlose Leitfaehigkeitsmessung

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DE1158727B
DE1158727B DEB61475A DEB0061475A DE1158727B DE 1158727 B DE1158727 B DE 1158727B DE B61475 A DEB61475 A DE B61475A DE B0061475 A DEB0061475 A DE B0061475A DE 1158727 B DE1158727 B DE 1158727B
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electrolyte
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Dr Hans Diebel
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BASF SE
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/023Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil
    • G01N27/025Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil a current being generated within the material by induction

Description

  • Anordnung zur temperaturkompensierten Konzentrationsbestimmung von Elektrolyten durch elektrodenlose Leitfähigkeitsmessung Es sind Verfahren zur elektrodenlosen Leitfähigkeitsmessung von Elektrolyten bekannt, bei welchen mittels eines Ringkernübertragers in einer Flüssigkeitsschleife eine Wechselspannung induziert wird, wobei der durch diese Flüssigkeitsschleife fließende Strom in der Wicklung eines durch die gleiche Flüssigkeitsschleife gekoppelten zweiten Ringkernübertragers eine Meßspannung erzeugt. Diese Meßspannung kann bei Erfüllung gewisser Voraussetzungen bezüglich der Ausschaltung systematischer Fehler ein Maß für die Leitfähikeit des Elektrolyten bilden.
  • Die Leitfähigkeit vieler Elektrolyte ist insbesondere von der Temperatur in starkem Maße abhängig. Soll daher dieses Verfahren zu Konzentrationsbestimmung von Elektrolyten verwendet werden, so muß entweder der Elektrolyt am Meßort, d. h. in der Nähe der Flüssigkeitsschleife, präzise auf gleicher Temperatur gehalten werden, oder es ist eine Temperaturkompensation des Meßwertes erforderlich.
  • In der elektrischen Meßtechnik ist es ganz allgemein bekannt, Temperatureinflüsse auf den Meßwert durch Kompensationsmaßnahmen mit Hilfe temperaturabhängiger Schaltungselemente zur Ausschaltung des die Meßgenauigkeit beeinträchtigenden Temperaturganges vorzusehen. Es ist z. B. bei der Leitfähigkeitsmessung von Elektrolyten bekannt, einen temperaturabhängigen Widerstand unmittelbar der Temperatur des Elektrolyten auszusetzen, wobei dieser Widerstand so in die Maßanordnung eingefügt ist, daß ein Ausgleich des zu erwartenden Meßfehlers erfolgt.
  • Es wurde nun eine mit geringem Schaltmittelaufwand gut wirksame Anordnung zur Temperaturkompensation der Leitfähigkeit des Elektrolyten gefunden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand im Elektrolyten der Flüssigkeitsschleife des Meßgebers und eine ebenfalls im Meßgeber eingebaute und im thermischen Kontakt mit der Meßflüssigkeit stehende Gleichrichterschaltung mit dem Anzeige- bzw. Registriergerät konduktiv oder induktiv parallel geschaltet sind, die gemeinsam den zur Abgabe der Meßspannung an bestimmten induktiven Übertrager belasten.
  • Eine Verstärkung der aus dieser Anordnung hervorgehenden Meßspannung ist im allgemeinen nicht erforderlich, sie ist aber ohne Schwierigkeiten möglich. Der Anschluß der temperaturkompensierenden Meßschaltung kann entweder an einer einzigen Ausgangswicklung des mit der Flüssigkeitsschleife gekoppelten und die unkorrigierte Meßgröße liefernden Übertragers oder auch an mehreren getrennten Ausgangswicklungen dieses Übertragers erfolgen. Als temperaturabhängiges Meßglied innerhalb dieser Meß- schaltung wird vorzugsweise ein in der Flüssigkeit angeordneter Heißleiter verwendet, der weitgehend trägheitslos die Temperatur des zu bestimmenden Elektrolyten annimmt.
  • Die Temperaturabhängigkeit der zur Gleichrichtung des Meßstroms verwendeten Gleichrichter und gegebenenfalls eines Meßspannungsverstärkers vorzugsweise eines Transistorverstärkers, wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß diese zusammen mit anderen zur Belastung der Meßspannungsquelle verwendeten Elemente ebenfalls im Meßgeber eingebaut sind. Die Abhängigkeit der Gleichrichter und des Verstärkers von Temperaturänderungen des zu bestimmenden Elektrolyten wird dann zusammen mit der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit eliminiert.
  • In vielen praktischen Fällen ist es nicht zweckmäßig, die Leitfähigkeit vom Wert »Null« ausgehend zu messen. Bei der Analyse von konzentrierter Salzsäure ändert sich z. B. bei einem Konzentrationsbereich von 25 bis 400/0 die Leitfähigkeit nur um etwa 30°/Q, so daß es unerläßlich ist, den Nullpunkt zur Erreichung eines brauchbaren Meßbereichs zu unterdrücken. Die Anordnung nach der Erfindung sieht hierfür vor, daß die dem ersten Übertrager zugeführte Wechselspannung nach Gleichrichtung gegen den Meßstrom geschaltet wird. Diese abgezweigte Spannung kann vor ihrer Gleichrichtung auch noch über den ersten, mit dem Oszillator gekoppelten Übertrager transformiert, d. h. auf der Sekundärseite dieses Übertragers abgenommen werden. Der Einbau der die Gleichrichter enthaltenden Kompensationsanordnung in den Meßgeber hat den weiteren Vorteil, daß das Anzeige- bzw. Registriergerät zur Wiedergabe des temperaturkompensierten Meßwertes ohne Zwischenschaltung weiterer Schalthilfsmittel direkt an den Geber angeschlossen werden kann.
  • In Abb. 1 ist als Ausführungsbeispiel ein für betriebliche Meß- und Regelzwecke bestimmter Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zur Konzentrationsbestimmung von Elektrolyten wiedergegeben, dessen Einzelheiten weiter unten näher beschrieben sind. Die Abb. 2 veranschaulicht schematisch den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung, und Abb. 3 zeigt das entsprechende Ersatzschaltbild. Die von einem spannungsstabilisierten Oszillator abgegebene Wechselspannung einer Frequenz von etwa 1 bis 25kHz (Eingangsspannung) wird mittels eines Ringkernübertragers 2 an die den fortlaufend zu bestimmenden Elektrolyten aufnehmende Flüssigkeitsschleife 3 induktiv übertragen.
  • Der Ringkernübertrager 2 umschlingt den Durchflußquerschnitt des Elektrolyten. Der in der Flüssigkeitsschleife auf Grund der Leitfähigkeit des Elektrolyten fließende Strom wird mittels eines zweiten den Durchftußquerschnitt umschlingenden Ringkernübertrager 4 abgenommen und nach einer Kompensation der Temperaturabhängigkeit in einer besonderen Meßschaltung 5 dem Anzeige- oder Registriergerät 6 zugeführt. Im entsprechenden Ersatzschaltbild Abb. 3 ist die Flüssigkeitsschleife 3 demnach aufzuteilen in eine Ausgangswicklung des Rinkernübertragers 2, in eine Eingangswicklung des Ringkernübertragers 4 und in einen den eigentlichen Flüssigkeitswiderstand darstellenden Widerstand 3'.
  • Die den Temperatureinfluß kompensierende und die Ausgangsspannung belastende Meßschaltung 5 enthält die Parallelschaltung eines temperaturabhängigen Widerstandes 5a mit einer Gleichrichteranordnung 5b, zu der gegebenenfalls noch Widerstände Sc gehören. Zum besseren Verständnis dieser elektrischen Kompensation des Temperaturganges der Leitfähigkeit des Elektrolyten wird auf das in Abb. 4 wiedergegebene Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung hingewiesen. In diesem Ersatzschaltbild ist die Sekundärseite des Ringkernübertragers 4 auf dessen Primärseite transformiert dargestellt und der Ringkernübertrager 4 durch den komplexen Gesamtwiderstand eines induktiven Blindwiderstandes 4 mit einem Ohmschen Widerstand 7 wiedergegeben.
  • Man sieht, daß der in der Flüssigkeitsschleife 3 fließende Strom zunächst abhängt von der Leitfähigkeit der zu bestimmenden Flüssigkeit. die man mit genügender Genauigkeit aufspalten kann in einen konzentrationsabhängigen und einen temperaturabhängigen Faktor. Der in der Flüssigkeitsschleife 3 fließende Strom hängt ferner an von der Impedanz der Parallelschaltung des komplexen Widestandes 4, 7 mit dem temperaturabhängigen Widerstand 5a und der Gleichschaltung 5b mit dem parallel geschalteten Meß- oder Registriergerät 6. Gleicht man diese Impedanz im Temperaturgang durch entsprechende Wahl des temperaturabhängigen Widerstandes 5a sowie mit hinzugeschalteten Vor- und Parallelwiderständen so ab, daß sie innerhalb des zu erfassenden Temperaturbereichs den gleichen Temperaturgang hat wie der zu bestimmende Elektrolyt, so hängt die über der Impedanz auftretende Spannung nur noch von der Konzentration des Elektrolyten ab.
  • In Abb. 2 und 3 ist die temperaturkompensierende Meßschaltung 5 an eine einzige Ausgangswicklung des Ringkernübertragers 4 angeschlossen. An Stelle dieser konduktiven bzw. galvanischen Parallelschaltung des temperaturabhängigen Widerstandes 5a mit der Gleichrichteranordnung 5b kann die gleiche Temperaturkompensation auch an zwei getrennten Wicklungen des Ringkernübertragers 4 vorgenommen werden. Eine solche induktive Parallelschaltung der die Meßschaltung 5 bildenden Elemente Sa und Sb zeigt die Abb. 5. In dieser Abbildung sind auch Abgleichwiderstände8 und 9 für den temperaturabhängigen Widerstand 5a wiedergegeben.
  • Die Abb. 6 zeigt eine andere die Merkmale der Erfindung enthaltende Schaltung mit einer Nullpunktsunterdrückung des Meßwertes. Für diese Schaltung besteht die Forderung, durch Schwankungen der Netzspannung oder der vom Oszillator 1 gelieferten Speisespannung verursachte Nullpunktsverschiebungen zu unterbinden. Dazu wird erfindungsgemäß die Kompensationsspannung für die aus dem temperaturabhängigen Widerstand Sa und den Gleichrichtern 5b bestehende Meßschaltung 5 von der an den Eingangsübertrager 2 angelegten Speisespannung abgenommen.
  • Falls die aus den oben beschriebenen Anordnungen erhaltene Ausgangsspannung bzw. Ausgangsleistung bei weniger gut leitenden Elektrolyten für eine direkte Anzeige oder Registrierung zu klein ist, muß eine Verstärkung vorgesehen werden. Hierzu wird vorzugsweise ein Transistorverstärker verwendet, der unmittelbar in den Meßgeber eingebaut ist. Seine Spannungsversorgung wird der dem Eingangsübertrager 2 zugeführten Spannung, gegebenenfalls nach einer Transformation, entnommen. Diese Maßnahme erübrigt eine weitere Spannungsversorgung des Verstärkers und die Siebung der gleichgerichteten Spannung ist wegen der höheren Frequenz der Eingangsspannung einfacher. Auf Grund der Abmessungen eines Transistorverstärkers erübrigt sich bei der Unterbringung im Meßgeber auch ein besonderes Gehäuse. Die Temperaturkompensation der Leitfähigkeit des Elektrolyten erfolgt in diesem Fall entweder vor der Verstärkung in der oben beschriebenen Weise oder nach der Verstärkung des unkorrigierten Meßwertes. Im letzteren Fall wird der verstärkte Strom über den temperaturabhängigen Widerstand 5a geleitet und die daran abfallende, gleichgerichtete Spannung zur Anzeige bzw. Registrierung verwendet.
  • In einer praktischen Ausführungsform, wie sie die Abb. 1 wiedergibt, ist die gesamte erfindungsgemäße Meßanordnung im Meßgeber 10, einem topfartigen Körper, untergebracht. Der Meßgeber 10 ist mit einem breiten Dichtungsflansch lOa in ein oben offenes Durchflußgefäß 11 eingeschoben, das einen Zulauf 12 und einen Ablaufstutzen 13 besitzt. Mittels des Deckels 14 ist der Geber 10 mit dem Durchflußgefäß 11 flüssigkeits- und vorzugsweise auch druckdicht verspannt. Zur Realisierung der die übertrager 2 und 4 induktiv koppelnden Flüssigkeitschleife besitzt die Hülle des Gebers 10 an seinem unteren Ende eine diametrale Bohrung 15 und eine axiale Bohrung 16.
  • Die Ringkernübertrager 2 und 4 sind übereinanderliegend in einen kreisförmigen Hohlraum 17 vom unteren Ende her in den Geber 10 eingeschoben. Der zu bestimmende Elektrolyt tritt aus dem Zulauf 12 nach Zurücklegen einer kurzen Wegstrecke durch den Hohlraum des Gefäßes 11 ständig mit einer gewissen Teilmenge in die axiale Bohrungl6 des Gebers 10 ein und aus dessen diametraler Bohrung 15 nach links und rechts wieder aus. Die Übertrager 2 und 4 umschließen also den Durchflußquerschnitt der Bohrung 16 in einer der in Abb. 2 prinzipiell wiedergegebenen Anordnung entsprechenden Weise. Der temperaturabhängige Widerstand 5a ist vorzugsweise in Form eines Temperaturfühlers in dem ebenfalls als Durchflußstrecke anzusehenden Bohrung 15 untergebracht und folgt an dieser Stelle ohne wesentliche Verzögerungen dem Temperaturgang des Elektrolyten. Die Gleichrichter 5b und die übrigen Schaltelemente sowie ein gegebenenfalls eingesetzter Transistorverstärker befinden sich im oberen geschlossenen Hohlraum 18 des Meßgebers 10 und sind an dieser Stelle zur Ausschaltung ihres eventuellen Temperaturganges ebenfalls dem Einfluß der Temperatur des zu bestimmenden Elektrolyten ausgesetzt. Die Anschlüsse 19 zum Oszillator 1 und zum Anzeige- bzw. Registriergerät 6 hin sind aus dem Flansch 10a nach oben herausgeführt.
  • Für stark korrodierend wirkende Elektrolyte, wie z. B. konzentrierte Säuren, bestehen der topfartige Körper des Meßgebers 10 und das Durchflußgefäß 11 entweder aus einem hinreichend säurefesten Kunststoff oder aus einem keramischen Werkstoff.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Konzentrationsbestimmung von Elektrolyten durch induktive elektrodenlose Leitfähigkeitsmessung, bei welcher in einer mit induktiven Übertrager versehenen Flüssigkeitsschleife des zu bestimmenden Elektrolyten eine Wechselspannung induziert und an der Wicklung eines anderen mit der gleichen Flüssigkeitsschleife gekoppelten induktiven Übertragers abgenommen wird, mit einer Kompensationsanordnung für den temperaturabhängigen Meßwert, dadurch gekenn- zeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (5a) im Elektrolyten der Flüssigkeitsschleife (3) des Meßgebers (10) und eine ebenfalls im Meßgeber (10) eingebaute und im thermischen Kontakt mit der Meßflüssigkeit stehende Gleichrichterschaltung (5b, 5c) mit dem Anzeige- bzw.
    Registriergerät (6) konduktiv oder induktiv parallel geschaltet sind, die gemeinsam den zur Abgabe der Meßspannung (an 6) bestimmten induktiven Übertrager (4) belasten.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßspannungsquelle belastende temperaturkompensierende Schaltung (5) an eine einzige Sekundärwicklung des die Meßspannung liefernden Übertragers (4) angeschlossen ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßspannungsquelle belastende temperaturkompensierende Schaltung (5) an mehrere getrennte Sekundärwicklungen des die Meßspannung liefernden Übertragers (4) angeschlossen ist.
  4. 4. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einer Nullpunktsunterdrückung der Anzeige notwendige Kompensationsspannung von der zur Speisung der :Flüssigkeitsschleife (3) angelegten Wechselspannung nach Transformation durch den Eingangsübertrager (2) abgenommen ist.
  5. 5. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Verstärkung der Meßspannung notwendiger Verstärker, vorzugsweise ein Transistorverstärker, in den Meßgeber (10) eingebaut ist und seine Speisespannung aus der dem Meßgeber zugeführten Wechselspannung erhält.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Chemische Technik, 10, 1958, S. 207 bis 210.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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