-
Gerät. zur kontinuierlichen Messung der differenz der Leitfähigkeit
zweier FlUssiteiten die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur kontinuierlichen
Messung der Differenz der Leitfähigkeit zweier Flüssigkeiten, die Je eine Leitfähigkeitz-Meßzelle
durchströmen, insbesondere zur Bestimmung der Konzentration von Komponenten in Flüssigkeiten
sowie zur Dosierung von Flüssigkeiten, beispielsweise mit Sauerstoff.
-
Bekanntlich ist es zur Bestimmung der Konzentration bestimmter Komponenten
in Flüssigkeiten häufig vorteilhaft, das Dosierungsprobglem auf eine Messung der
Leitfähigkeit der Flüsssigkeit zurückzuführen. Die Leitfähigkeit ist eine leicht
se bare Größe und stellt im allgemeinen eine Funktion der Konzentration der auf
ihren Gehalt in der Flüssigkeit zu überprüfenden Komponente dar. Es ist daher bereits
bekannt, die Flüssigkeit durch eine leitfähigkeits-meßzelle hindurchfließen zu lazsen
und diese Zelle in einen elektrischen Stromkreis einzuschslten, dein ian eine Spannung
entnimst, deren Wert von der Konzentration der die Zelle durchströmenden Lösung
abhängig ist.
-
Ii ist weiterhin bekannt, wei Strmkreise zu benutzen, von denen der
eine eine Meßzelle mit der zu überprüfenden Flüssigkeit enthält, während in dem
anderen Stromkreiz eine Zelle vorgesehen ist, die von einer bezugsflüssigkeit durchströmt
wird. Inden sen auf diese Weise kontinuierlich die Differenz der Leitfähigkeit der
beiden Flüssigkeiten mist, erhält man durch den Vergleich der Meßwerte eine bsolutes
Maß für die Konzentration der zu messenden Komponente in der einen Flüssigkeit.
-
Der Erfindung liegt nun die aufgabe zugrunde, eine Gerät der eingangs
genannten Art so auszubleiden, daß es eine Spannung liefert, die der Differ@nz der
Leitfähigkeit der beiden Flüssigkeiten direkt proportional ist, um auf diese Weise
das Auswerten der Meßergebnisse zu vereinfachen. diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadruch gelöst, daß zur Speisung des Gerätes ein erster Transformator vorgesehen
ist, daß ferner eine erste Brückenschaltung vorhanden ist, deren vier Zweige die
beiden leifähigkeits-Meßzellen und zwei gleiehe Wicklungzhälften der Primäwicklung
eines zweiten Transformators enthalten, daß weiterhin an die Sekundärwicklung des
ersten Transformators Schaltungselements zur regelbaren Stromversorgung der ersten
Brückenschaltung angeschlossen sind, das ferner eine zweite Brückenschaltung vorgesehen
ist, deren vier Zweige die Sek@@därwicklung des zweiten Tran@@@@@tors, zwei
gelcihe
Wicklungshälften der Sekundärwicklung des ersten Tranformators und die Seundärwicklung
eines von ersten Trarforator mlt regelbarer Spannung gespeisten dritten Transforiators
enthalten, und daß in der zwischen der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des
ersten Tranaformators und dem Verbindungspunkt der Sekundärwicklungen des zweiten
und dritten Transformators liegenden Diagonale der zweiten Brückenschaltung ein
Meßgerät angeordnet ist.
-
Legt an an die beiden Stromzweige, die einerseits von der ersten
Leitfähigkeitszelle und der einen Wicklungshälfte der Primärwicklung des zweiten
Transformators und anderseits von der zweiten Leifähigkeitsmeßzelle und der anderen
Wicklungahälfte der Primärwicklung des zweiten Transformators gebildet werden, die
Spannungen U1 und U2, so ergeben sich unter der voraussetzung, daß R1 und R2 die
Widerstände der Leitfähigkeitzmeßzellen und Z die Impendanz jeder Wicklungshälfte
sind, an den Klemmen der beiden Wicklungshälften folgende Spannungen u1 und @2:
Da die Impedanz Z gegenüber R1 und R2 vernachlässigbar ist, kann man auch schreiben:
oder u1 - U1 . g1 . z und u2 = U2 . G . z wobei G1 und a2 die entsprechenden
Leitwerte (1/R1 bzw. 1/R2) der Zellen sind.
-
Durch eine vorherige Einstellung wählt an U1 und U2 der art, daß
U1 . G1 @ k . g, und U2 . G2 = k # g2 wobei g1 und g2 die leitfähigkeit der in den
Zellen enthaltenen Flüssigkeiten und k eine Konstante der Zelle darstellen.
-
Hieraus ergibt sich sodann bei konstant gehaltenen Spannungen U1
und BS und konstantem Z: u1 = K # g1 und u2 = K # g2 Die Spannungen ul und u2, die
gemäß der @chaltung ii zweiten Transformator in Phasenopposition zusammengeschaltet
werden, ergeben die resultierende Spannung u u = u2 - u1 = K (g2 - g1), die eine
der Differenz der leitfähigkeit proportionale Größe ist.
-
Demgemäß ist auch die Sekundärspannung des zweiten Transformators
proportional zur differenz der Leitfähigkeit der in den beiden Meßzellen enthaltenen
Flüssigkeit. Zur Erzielung einer großen Maßgenauigkeit und diner weitgehenden Störmungsfreiheit
des Cerätes wird diese Spanung in der zweiten @rückenschaltung mit einer Gegenspannung
verglichen.
-
Auf diese Weise werden Störaignale und Temperarteinflüsse weitgehend
ausgeschaltet, Man erzielt fe im eines großen Meßbereich eine im wesentlichen kleine
Empfindlichkeit.
-
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines
er der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles hervor. Das dargestellte
Gerät dient dabei zur genauen Ermittlung der in Wasser gelösten Menge an Sauerstoff.
-
Die auf ihren Sauerstoffgehalt zu prüfende Flüssigkeit wird zunächst
durch eine erste leitfähigkeitz-meßzele 1 geführt und durchfließt dann eine Kolonne
25 die ein Reagens enthält, das die Leitfähigkeit der flüssigkeit proportional zur
Menge des gelösten Stoffes verändert. Bei vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht
die Reagens aus Thallium, das sich mit dein Sauerstoff verbindet und im Wasser ein
lösliches, ionisiertes Hydroxyd bildet. m. so entstandene Lösung fließt sodann durch
die zweite Leitfähigkeits-Meßzelle 3, die vorzugsweise auf gleicher Temperatur wie
die Zelle 1 gehalten wird. Läßt sich diese Bedingung nicht erfüllen, so kann sen
ein selbsttätig arbeitendes Kompensationssystem vorsehen, das beispielsweise auf
der Änderung der Arbeitscharakteristik eines @@ransistros berut. Die in folgenden
beschriebene kontinuierliche Messung der Differenz der Leitfähigkeit der durch die
Melzellen 1 und 3 hindurchfließenden Flüszigkeiten gestattet @@, in jedem Augenbldichk
die Sauerstoffkonzentration der Flüssigkeit zu ermaitteln.
-
Diene Mezsung geschieht Mit Hilfe der in der Zeichnung veranschaulichten
Schaltungsanordnung.
-
Die Elektrode 4 der Zelle 1 ist über einen Schalter 27 Mit dem Gleitkontakt
5 eines Schiebeweiderztandes 6 verbunden.
-
Ebenso ist die Elektrode 7 der Zelle 3 Uber den genannten Schalter
27 Mit de. Gleitkontakt 8 des Schiebewiderstandes 9 verbindbar. Die beiden Widerstände
6 und 9 sind parallel gschaltet.
-
Die Elektrode 10 der Zelle 1 ist mit deM einen Ende 11 der aus zwei
gleichen Wicklungshälften 12a und 12b bestehenden Primäricklung 12 eines Transformators
13 verbunden, während die Elektrode 14 der Zelle 3 an das andere Ende 15 dieser
Primärwicklung 12 angeschlossen ist. Der gemeinsame Anschlußpunkt 16 der beiden
Schiebewiderstände 6 und 9 sowie die Mittenanzapfung 17 der Primärwiclung 12 sind
an die beiden Klemmen 18 und 19 der Sekundärwicklung 20 eines Speisetransformators
21 angeschlossen. Diese Sekundärwicklung 20 besteht aus zwei gleichen Wicklungahälften
20a und 20b. Die Primärwicklung 22 dieses Transformators 21 wird aus eine stabilen
Ozzillator 23 mit einstellbarer Frequenz (beispielsweise 1000 Hz) gezpeist.
-
Ein Potentiometer 24, das drei Regelbereiche unterschiedlichter Größenordnung
aufweist, ist an die Sekundärwicklung 20 des Speisetransformators 21 angeschlossen.
Der Regelbereich-Umschaltkontakt 25 dieses Poteniometers 24 ist mit de. zweiten
gemeinsamen
anschlußpunkt 26 der widerstände 6 und 9 verbunden. Durch dieses Potentiometer 24
lUt sich die den Leitfähigkeits-meßzen 1 ud 3 zugeführts spanung in weiten Grenzen,
Jedoch Mit großer Genauigkeit einstellen. Das Ein- und Ausschalten der beiden Zellen
erfolgt druch den bereits erwähnten Schalter 27.
-
Die Anschlußpunkte 26, 11, 17 und 15 bilden die vier Punkte einer
ersten Brückenschaltung, druch die bei einem Unterschied in der leitfähigkeit der
in den Beiden Meßxellen 1 und 3 befindlichen Flüssigkeit eine Spanung in der Sekundärwicklung
28 des Transofrmators 13 induziert wird.
-
Drei Belastungsweiderstäbde 29, 30 und 31 können druch einen Umschalter
32 einzeln parallel zur Wicklung 28 geschaltet werden.
-
Die in der Wicklung 28 induziert., der Differenz der Leitfähigkeit
proportionale Spannung wird in einer zweiten Drückenschaltung durch Vergleich mit
einer Spannung gemm@@@En, die von der Sekun@äwicklung 33 eines Transformators 34
geliefert wird, der den Transormator 13 vollkommen gelich ist. Drei Belastungswiderstände
35, 36 und 37, die den Belastungsweiderständen 29, 30 und 31 der Wicklung 28 genau
gleich sind, können Mit Hilfe des U@@@@@lters 38 einseln parallel zur Wickoung 33
geschaltet werdne. Die beiden U@@@chalter 32 und 38 zind mechanisch gekuppelt, so
daß die Sekundärweicklung 28 und 33 jeweils in gleioher Weise belastet sind.
die
Frimärwicklung 39 des Transformators 34 wird aus dem Transformator 21 folgendermaßen
gespeist: Die Klemes 40 der Wicklung 39 ist mit der Klemme 19 der Wicklung 20 verbunden;
die Mittenanzapfung 41 der Wicklung 39 ist über zwei panlhlgeschaltete Schiebewiderstände
42 und 43 (ton deren der letztere drei Regelbereiche umfaßt) an die Mittenanzapfung
44 der Wicklung 20 angeschlossen. Diese Anordnung ergibt eine ausgezeichnete Syaetrie
der Meßbrückenschaltung und einen weitgehenden Ausschluß von Störsignalen.
-
Die Wicklung 28 ist einerseits an die Klemme 18 des transformators
21 und andrseits an einen Gleichrichter 45 angeschlossen, während die Wicklung 33
einerseits mit der Klemme 19 des Transformators 21 und anderseits mit einem anderen
Gleichrichter 46 verbunden ist. Die beiden Gleichrichter 45 und 46 sind Bit umgekehrter
Polarität an den zwischen beiden Gleichrichtern liegenden Brückendiagonalpunkt 47
angeschlossen.
-
Die Punkte 47, 18, 44 und 19 bilden die vier Punkte der swnlten Brückenschaltung,
in der bei zangelendem Brückengleichgewicht eine Gleichspannung zwischen den Punkten
44 und 47 auftritt. Zwischen diese beiden Punkte ist ein Meßgerät 48 gezchaltet,
das beispielsweise ein registrierendes Meßgerät ist, das die ibS-rte registriert,
die proportional zur Differenz der in den Wicklungen 28 und 33 induzierten spannungen
sind.
-
Bei geeigneter Eichung dieses Meßgerätes 48 kann man die Kopnzentration
der Lösung in der Zele 3 urmittelbar ablemen btw. registrieren.
-
Vor Inbetriebnahme des erfindung@gemäßen Gerätes sind einige Einstellvorgänge
durchzuführen. Wesentlich ist, das zunächst beide Brückenschaltungen ausgeglcihen
werden müssen, um jegliche Störeinflüsse sowie durch eine ungleiche Charakteristik
der verwendeten Bauelemente bedingte Fehler auszuschließen.
-
Zu diese Zweck wird zunächst der Transformator 21 gespeist und der
Schalter 27 geöffst. Dann werden die Widerstände 43 ausgeschaltet und der Widerstand
42 so eingestellt, daß das Meßgerät 49, das ein elektronisches Millivolitmeter darstellt,
keinen ausschlag zeigt. Die beiden Schalter 50 und 51 gestatten os, diese Einstellung
nach Ausschaltung des Meßgerätes 48 und der Gleichrichter 45 und 46 druchzuführen.
Durch diese erste Einstellung werden bereits zahlreiche Störeinflüsse ausgeschaltet.
-
Anschließend werden die Zeilen 1 und 3 mit derselben Flüssigkeit
gefüllt, der Schalter 27 geschlossen und durch Verschieben der Gleitkontakte 5 und
8 der Widerstände 6 bzw. 9 das Millivoltmeter 49 wiedrui in seine Nullstellung gebracht.
Hierdurch werden insesondere Unterschiede in der charakteristik der beiden Meßzellen
1 und 3 ausgeglichen.
-
Das Poenticmeter 24, die Belastungsweiderstände 29,30 und 31 soie
35, 36 und 37 und die Wideratände 43 werden selbstverst@@@@-lich in Abhähgigkeit
vor der jeweiligen Konzentration der Lösng in der Zelle 3 und von deM zu erfassenden
Änderungabeerich
dieser Konzentration bzw. der auftretenden Leitfähigkeitsdifferenz
eingestellt.
-
Ein zweites elektronisches Millivoltmeter 52, das über einen doppelopoligen
Umschalter 53 an unterschiedliche Punkte der ersten Brückenschaltung gelegt werden
kann, ermöglicht eine Spannungsmessung an entsprechenden Punkten dierer Schaltung.