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Vorrichtung zur Messung der Zusammensetzung von Flüssigkeitsgemischen
oder Lösungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Zusammensetzung
von Flüssigkeitsgemischen oder Lösungen durch Messung der Brechungszahl für sichtbares
Licht, bestehend aus einem lichtdichten Gehäuse mit Eintrittsöffnungen für zwei
Lichtbündel, deren eines als Meßmarke dient, und einer Lichtaustrittsöffnung, in
dem ein Hohlprisma mit durchsichtigen Seitenwänden und mit Zu- und Ablauf für die
zu untersuchende Flüssigkeit angeordnet ist, und einem Farbfilter.
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Bekannt sind Vorrichtungen, um die Zusammensetzung von Flüssigkeitsgemischen
oder Lösungen fester Stoffe in Flüssigkeiten durch Messung der Dichte zu bestimmen.
Dabei muß die Temperatur sorgfältig berücksichtigt werden, da die Dichte stark von
ihr abhängig ist. Weniger temperaturabhängig ist die Bestimmung der Zusammensetzung
durch Messung der Brechungszahl für sichtbares Licht.
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So ist es bekanntgeworden, bei der Dichtebestimmung durch Messung
der Brechungszahl zur Kompensation des Temperatureinflusses in einem Gerät nebeneinander
zwei Prismen anzuordnen. Von den Prismen nimmt eines die zu messende Flüssigkeit
auf, das andere ist mit einem Stoff gefüllt, dessen Brechungszahl sich in gleicher
Weise mit der Temperatur ändert wie die Brechungszahl der zu messenden Flüssigkeit.
Gemessen wird die monochromatische Strahlung über eine Fotozelle. Voraussetzung
für dieses Verfahren ist demnach die gleichzeitige Verwendung einer Flüssigkeit,
die denselben Temperaturgang hat wie die zu messende Flüssigkeit. Eine Skala zur
direkten Bestimmung der Zusammensetzung der Flüssigkeit ist nicht vorhanden.
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Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur
Messung der Zusammensetzung von Flüssigkeitsgemischen oder Lösungen durch Messung
der Brechungszahl für sichtbares Licht zu entwickeln, bei der in einem weiten Temperaturbereich
gearbeitet werden kann, ohne daß die Temperatur der Flüssigkeit bekannt zu sein
braucht. Hierbei sollte das Gerät die Zusammensetzung direkt ablesbar auf einer
Skala anzeigen. Es sollte aber auch möglich sein, bei der Messung von z. B. Frostschutzmittelgemischen
die zu jeder Mischung gehörende Erstarrungstemperatur anzuzeigen.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird die Vorrichtung zur Messung
der Zusammensetzung von Flüssigkeitsgemischen oder Lösungen durch Messung der Brechungszahl
für sichtbares Licht, bestehend aus einem lichtdichten Gehäuse mit Eintrittsöffnungen
für zwei Lichtbündel, deren eines als Meßmarke dient, und einer Lichtaustrittsöffnung,
in dem ein Hohlprisma mit durchsichtigen Seitenwänden und mit Zu- und Ablauf für
die zu untersuchende Flüssigkeit angeordnet und ein Farbfilter vorgesehen ist, erfindungsgemäß
so ausgebildet, daß schräg zur Achse des anderen eintretenden Lichtbündels eine
Durchsichtsskala angeordnet ist, die an einem Haltearm starr befestigt ist, der
seinerseits die Verlängerung eines am Prisma angebrachten Bimetallstreifens bildet.
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Die Lage der beiden Lichtbündel ist durch Vertauschung von Farbfilter
und Durchsichtsskala einerseits und Spalt andererseits auswechselbar.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zweckmäßig so ausgeführt sein,
daß die Eintrittsöffnung für das eine Lichtbündel neben der Öffnung für das andere
Lichtbündel in der gleichen Ebene oder übereinanderliegt.
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Durch geeignete Vorrichtungen wird das eine der beiden Lichtbündel
in das andere eingespiegelt. Hinter der Lochblende ist eine Sammellinse angeordnet.
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Um die Vorrichtung auch im Dunkeln benutzen zu können, sind zur Erzeugung
der Lichtbündel eine oder zwei Lichtquellen in das Geäuse eingebaut.
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Es ist notwendig, daß die im Innenraum befindliche Feuchtigkeit sich
bei starker Kälte nicht auf dem Prisma oder den Eintritts- und Austrittsöffnungen
niederschlägt. Hierzu wird in den Innenraum des Gehäuses ein Trockenmittel eingebracht.
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Zum leichten Füllen und Leeren des Hohlprismas ist am oder im Gehäuse
eine von außen zu bedienende Pumpe angebracht.
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Der Fortschritt ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin zu
sehen, daß es ohne Zuhilfenahme
von Tabellen, Temperaturmeßgeräten
oder ähnlichen Hilfsmitteln möglich ist, die Zusammensetzung eines Flüssigkeitsgemisches,
z. B. eines Frostschutzmittelgemisches, bzw. den wirksamen Temperaturbereich des
letzteren abzulesen. Hierbei ist es nicht notwendig, daß die Temperatur des Gemisches
zusätzlich bestimmt oder eingestellt werden muß. Heiße Gemische brauchen daher vor
der Messung nicht auf eine bestimmte Temperatur, z. B. auf Raumtemperatur oder -h
20° C, abgekühlt zu werden. Als Flüssigkeiten kommen Flüssigkeitsgemische oder Lösungen
in Frage, bei denen die Anforderungen an die Genauigkeit der Messung nicht sehr
hoch sind. In jedem Fall reicht die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Gerätes, das
jeweils für eine Art von Flüssigkeitsgemischen geeicht werden kann, völlig aus.
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Das erfindungsgemäße Gerät ist nicht nur als Betriebsgerät zur Überwachung
des Zustandes einer Flüssigkeit zu verwenden, sondern kann nach entsprechender Eichung
für ein bestimmtes Flüssigkeitsgemisch bei hinreichender Genauigkeit der Anzeige
auch im Labor verwendet werden, wenn auch nicht in dem Maße, wie es für Analysen
notwendig sein würde. Aber eine Analysengenauigkeit sollte mit dem Gerät nicht erreicht
werden. Diese wäre im übrigen wegen der begrenzten Länge der Skala aus konstruktiven
Gründen auch nicht zu erzielen.
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Zur Messung füllt man das Hohlprisma mit der Flüssigkeit und betrachtet
die Durchsichtsskala durch das Hohlprisma hindurch. Das von außen kommende eine
Lichtbündel wird in diesem Prisma nach dem Durchtritt durch das Farbfilter und die
Durchsichts-Skala gebrochen und tritt danach zusammen mit einem zweiten, seitlich
in die optische Achse eingespiegelten und durch einen Spalt begrenzten, als Meßmarke
dienenden Lichtbündel durch eine Lochblende aus dem Gehäuse aus fällt in das Auge
des Beschauers.
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Dabei erscheint die Skala gegenüber der seitlich im Strahlengang eingespiegelten
Lichtmarke je nach dem Brechungsquotienten des Gemisches mehr oder weniger verschoben.
Ist die Skala kalibriert, so kann man an der Stellung der Lichtmarke die Zusammensetzung
des Gemisches ablesen.
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Um den Einfluß der Temperatur von der Anzeige fernzuhalten, wird die
»scheinbare« Verschiebung der Skala wegen der Temperaturabhängigkeit der Brechungszahl
durch eine wirkliche Verschiebung der Skala kompensiert; die durch einen in Wärmekontakt
mit der Flüssigkeit befindlichen Bimetallstreifen selbsttätig bewirkt wird. Durch
diese Maßnahme ist die Ermittlung der Flüssigkeitszusammensetzung in einem weiten
Temperaturbereich möglich, ohne daß die Temperatur bekannt sein muß.
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Eine mögliche Ausführung der Erfindung ist an Hand der Zeichnung beschrieben.
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Ein Lichtbündel 1 (Strahlengang 1) durchsetzt ein Farbfilter 2 (z.
B. ein Rotfilter), eine Durchsichtsskala 3 und ein Hohlprisma 4, dessen Wände 5
und 6 "aus anorganischem oder organischem Glas bestehen, und fällt durch eine Lochblende
7 in das mit 8 bezeichnete Auge des Beschauers. Ein zweites schmales Lichtbündel
9 (Strahlengang 9) fällt durch den Spalt 10 auf die dem Auge zugewandte Prismenwand
6, wird von deren Vorderfläche reflektiert und gelangt zusammen mit dem ersten Lichtbündel
durch die Lochblende 7 in das Auge. Die Reflexion des zweiten Lichtbündels an der
Rückfläche der Prismenwand, die einen Doppelspalt vortäuschen würde, ist in der
Regel unmerklich klein.
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Haben die Lichtbündel 1 und 9 vergleichbare Intensitäten, wie es z.
B. bei diffusem Tageslicht gegeben ist, und sind die optischen Wege der beiden Lichtbündel
gleich lang, so sieht der Beobachter den Spalt 10 als Lichtzeiger gleichzeitig auf
der farbig erscheinenden Skala 3. Zur Beschickung des Hohlprismas 4 mit der zu untersuchenden
Flüssigkeit sind die öffnungen 11 und 12 vorgesehen.
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Man kann die Skala in beliebigen Einheiten eichen, z. B. bei der Messung
von Frostschutzmittelgemischen so, daß die Temperatur angezeigt wird, bei der das
jeweilige Gemisch erstarren würde, bei der also der Kälteschutz aufhört. Die Schrägstellung
der Skala bewirkt eine stets parallaxenfreie Anzeige.
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.Ä.nderungen.der Brechungszahl infolge einer gegenüber -dem Eichwert
erhöhten oder. erniedrigten Temperatur der Flüssigkeit im Prisma werden durch eine
selbsttätig arbeitende Temperaturkompensation .ausgeglichen. Herzu ist die Skala
3 mit einem Bimetallstreifen 13 über einen Arm 14 so verbunden, daß ein guter Wärmeübergang
von der Flüssigkeit im Prisma zum Bimetallstreifen erfolgt. Bei einer.Err höhung
der Temperatur bewegt sich die Skala von dem Prisma weg.. Durch den Anschlag 15
wird die Bewegung der Skala begrenzt. Die richtige Anzeige erfolgt nach Einstellung
des Temperaturgleichgewichts, das nach etwa 1 bis 2 Minuten erreicht ist.