DE1516140C3 - Vorrichtung zum Messen von Leitfähigkeiten - Google Patents

Description

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einem Temperaturkoeffizienten β Anwendung finden. peratur T₀) und kann unmittelbar mit einem linearen

Es kann leicht nachgewiesen werden, daß die Aus- Wechselspannungsmeßinstrument gemessen werden, gangsspannung der Brücke, wenn diese weitere feste Wie erwähnt, ist die Ausgangsspannung der Brücke

Widerstände enthält, proportional ist zu proportional zu

[I ₊ CC(T-T₀)], [1 + .S(T

Der Temperaturkoeffizient α β der Ausgangsspan-

wobei ot durch Änderungen eines der anderen Wider- nung der Brücke muß gleich dem des Elektrolyten Standszweige der Brücke auf jeden erwünschten Wert gemacht werden. Wenn dies durch Änderung eines der oberhalb oder unterhalb des Wertes β eingestellt io Widerstände, z. B. des Widerstandes 8, erfolgen würde, werden kann. Bei der Aufnahme einer solchen Brücke wäre die Größe der Ausgangsspannung bei einer Temin den Gegenkopplungskreis eines Verstärkers mit peratur T₀ auch noch von der Einstellung dieses Widergenügender Verstärkung ergibt sich eine Schaltungs- Standes abhängig. Dies ist unerwünscht, da die Rückanordnung mit einer Verstärkung proportional zu kopplung dann von dem eingestellten Temperatur-

15 koeffizienten abhängig wäre. Dieser Nachteil kann 1/ [1 + λ (T — T₀)]. durch die Anwendung der in F i g. 2 gezeigten Brücke

behoben werden.

Wird nun die Leitfähigkeitsmeßzelle in eine Schal- In F i g. 2 ist der Widerstand 6 in zwei Wider-

tungsanordnung aufgenommen, die eine Ausgangs- stände 11'und 11'unterteilt, von denen der zweite als spannung proportional zu 20 Potentiometer ausgebildet ist, dessen Abgriff mit dem

Widerstand 8 verbunden ist. Es versteht sich leicht,

K₀[I + k(T — T₀)] daß dabei die Einstellung des Potentiometers, wenn

der Temperaturkoeffizient der Ausgangsspannung der

liefert, und dieses Signal als Eingangsspannung für Brücke dem des Elektrolyten angepaßt wird, nahezu den erwähnten _ Verstärker verwendet, dann ist die 25 keinen Einfluß auf die rückgekoppelte SpannungiDei Ausgangsspannung des Verstärkers proportional zu T = T₀ zu haben braucht, da, wenn das Potentiometer K₀ und somit unabhängig von der Temperatur. ._, nach oben verschoben wird, das Verhältnis zwischen

Als Temperaturaufnehmer in der Brücke läßt sich der Ausgangsspannung der Brücke und der Spannung vorteilhafterweise ein Normal-Nickelwiderstandsther- zwischen diesem Abgriff und dem Diametralpunkt der mometer von 100 Ω anwenden. 30 Brücke kleiner wird. Die letztgenannte Spannung wird

Statt eines Verstärkers mit Gegenkopplung über eine dann jedoch größer. Durch eine günstige Bemessung Brückenschaltung, wie oben beschrieben, kann auch der Brücke ist somit erzielbar, daß bei T = T₀ die ein Oszillator mit einer Gegenkopplung der erwähnten rückgekoppelte Spannung bei jeder Einstellung des Art angewendet werden. Potentiometers 11' nahezu die gleiche bleibt. Dazu

Als Brückenschaltung kann jede Schaltungsanord- 35 kann bemerkt werden, daß die besten Ergebnisse nung mit passiven Elementen angewandt werden, bei erzielt werden, wenn auch noch ein fester Widerstand der die Änderung der Ausgangsspannung mit der 24 zwischen den Potentiometerabgriff und den Dia-Temperatur durch Änderung eines der Brückenzweige metralpunkt der Brücke geschaltet wird. In F i g. 2 einstellbar ist. wird weiter die Ausgangsspannung einer gesonderten

Weitere Merkmale der Vorrichtung nach der Er- 40 Wicklung des Transformators 5 entnommen, findung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung, bei der durch

einiger Ausführungsbeispiele hervor. Gegenkopplung in dem die Meßspannung liefernden

In F i g. 1 bezeichnet 1 die Leitfähigkeitsmeßzelle, Oszillator eine gleiche Wirkung wie bei der beschriedie im wesentlichen aus zwei oder mehreren in den zu benen Vorrichtung erreicht wird. Die Schaltungsmessenden Elektrolyten getauchten Elektroden oder 45 anordnung ist die eines iiC-Oszillators mit einer aus einem induktiven Element ohne Elektroden be- Brückenschaltung 15 und zwei Verstärkern 13 und 14. stehen kann, an der bzw. dem eine vom Oszillator 3 Die Rückkopplung durch diese Schaltungsanordnung herrührende Wechselspannung wirksam ist. Dadurch ist positiv, so daß Schwingungen erzeugt werden, deren entsteht an den Ausgangsklemmen des Meßelementes 2 Frequenz durch die Eigenschaften des Netzwerkes 15 eine Wechselspannung, die entsprechend den Ände- 50 bestimmt wird. Die Brücke 12, die gleich der der rungen der Leitfähigkeit des Elektrolyten moduliert F i g. 2 ist, ist in den Rückkopplungskreis aufgenomist. Ferner wird ein Temperaturausgleich durchgeführt. men und ist der Einfachheit halber nur schematisch Zu diesem Zweck ist ein Verstärker 4 vorgesehen, dargestellt. Sie kann derart eingestellt werden, daß dessen Ausgangsspannung über einen Transformator 5 der Oszillator am Eingang der Vorrichtung 2 eine einer Brückenschaltung 12 zugeführt wird, die die 55 Spannung V_a liefert, welche durch die Formel Widerstände 6, 7, 8 und 9 enthält. Einer dieser Widerstände ist als Widerstandsthermometer ausgebildet, V₀, — VJ[I + a (T — T₀)] das in die zu messende Flüssigkeit getaucht ist und

somit stets die gleiche Temperatur wie diese Flüssig- ausgedrückt werden kann. Der Oszillator liefert die keit hat. Die Brückenschaltung ist derart eingestellt, 60 Spannung für die Vorrichtung 2, die an den Ausgangsdaß die Spannung an der zweiten Diagonale den glei- klemmen 16 eine Spannung liefert, die proportional chen Verlauf mit der Temperatur wie die Leitfähigkeit der Leitfähigkeit K der Zelle 1 und der Spannung V_a der zu messenden Flüssigkeit aufweist. Die Spannung am Ausgang des Verstärkers 13 ist. Infolge der obenüber dieser Diagonale ist als Gegenkopplungsspannung erwähnten Temperaturabhängigkeit von K ist die von an den Eingangsklemmen des Verstärkers 4 wirksam, 65 der Vorrichtung 2 gelieferte Spannung dann proporwodurch der erwünschte Temperaturausgleich erzielt tional zu K₀ und somit hinsichtlich der Temperatur wird. Die Spannung an den Ausgangsklemmen 10 ist ausgeglichen, dann proportional zur Leitfähigkeit K₀ (bei einer Tem- F i g. 4 zeigt eine Vorrichtung mit einem Vierelek-

trodenaufnehmer 18, dessen äußere Elektroden die Stromelektroden und dessen innere Elektroden die Spannungselektroden sind. Die zu messende Spannung wird einem Widerstand 25 entnommen, der in den Stromkreis geschaltet ist. Die Brücke 12 ist zwischen zwei Verstärkern 19 und 20 im Rückkopplungskreis des Oszillators 23 aufgenommen. Die Schaltungsanordnung sorgt dafür, daß die Spannung am Ausgang des Verstärkers und somit auch die Spannung am Eingang konstant bleiben.

Infolge der Ausgangsspannung der an Hand der F i g. 2 bereits beschriebenen Brücke müssen die Ausgangsspannung und somit auch die Eingangsspannung des Verstärkers gleich

Vb [l + oc(T-T₀)]

sein, wobei Vb eine konstante Spannung darstellt. Die Spannung am Eingang des Verstärkers 19 ist gleich der an der Spannungselektrode der Zelle. Der Strom durch die Zelle wird daher derart eingestellt, daß er proportional der spezifischen Leitfähigkeit K ίο und dieser Spannung ist. Dieser Strom und die Spannung über dem Widerstand 25 sind somit proportional zu K₀.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 siert, weil dieser Wert K0 ein bekannter Maßstab für Patentansprüche: die Konzentration der Lösung ist. Es ist daher erwünscht, einen Temperaturausgleich durchzuführen.

1. Vorrichtung zum temperaturkompensierten Die Umwandlung des Wertes der Leitfähigkeit in Messen der Leitfähigkeiten von· elektrolytischen 5 den Wert bei 20° C kann auf verschiedene Weisen Flüssigkeiten mit einem Wechselspannungsgene- erfolgen. Die Leitfähigkeit Kt und die Temperatur T rator und einem Meßelement, das die vom Gene- können unabhängig voneinander gemessen werden, rator gelieferte Spannung entsprechend der zu wonach sich mit Hilfe der obenstehenden Formel K₀ messenden Leitfähigkeit moduliert, wobei die errechnen läßt. Dieses Verfahren ist umständlich, was modulierte Spannung gegebenenfalls nach Ver- io auch für ein ähnliches Verfahren zutrifft, bei dem die Stärkung in einem Verstärker demoduliert wird, Temperaturkorrektur durch die Einstellung der Empwobei ein Temperaturausgleich mittels eines Wider- findlichkeit des Meßgerätes mit Hilfe eines Potentiostandes mit positivem Temperaturkoeffizienten meters erhalten wird.

erfolgt, der auf der gleichen Temperatur wie das Ein selbsttätiger Temperaturausgleich wird dadurch Meßelement gehalten wird, dadurch ge- 15 ermöglicht, daß in einer Brückenschaltung, an deren kennzeichnet, daß der Widerstand (H', einer Diagonale eine Wechselspannung wirksam ist, 25), dessen positiver Temperaturkoeffizient nie- sowohl die Meßzelle als auch ein Widerstandselement driger ist als der der Leitfähigkeit der zu messenden mit der gleichen Temperaturabhängigkeit wie die geFlüssigkeit, einen Teil einer Brückenschaltung (12) messene. Leitfähigkeit aufgenommen werden, wobei bildet und daß die Brückenschaltung in eine Gegen- ao die Spannung an der anderen Diagonale demoduliert kopplungsleitung des erwähnten Verstärkers (4 in wird. Nach der britischen Patentschrift 892 974 kann F i g. 1, 2) oder in die Gegenkopplungsleitung des dieses Widerstandselement eine sogenannte Bezugsdie Meßspannung liefernden Generators (15 in zelle sein, d. h. eine verschlossene und mit einem be-F i g. 3; 23 in F i g. 4) aufgenommen ist und daß kannten Elektrolyten gefüllte Meßzelle, die ganz in die Widerstände (z. B. 11, 11') in der Brücke in Zu- 25 zu prüfende Flüssigkeit eingetaucht wird. Der-Aussammenhang mit dem erwähnten Widerstand gleich ist vorzüglich, aber das Element ist voluminös (z. B. 8) so eingestellt sind, daß eine Gegenkopp- und trägef es enthält eine stillstehende Flüssigkeit und lungsspannung an der einen Brüt"kendiagona!e muß für MessungefTanderer Elektrolyten meist neu entsteht, die bei Temperaturänderungen eine rela- gefüllt werden, um den Temperaturkoeffizienten anzutive Änderung aufweist, die die Änderung am 30 passen. Als Ausgleichselement in der Brücke werden Meßelement kompensiert. somit auch Widerstände mit negativem Temperatur-

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch koeffizienten angewandt. Der Temperaturkoeffizient gekennzeichnet, daß der Gegcnkopplungskreis eine dieser Widerstände ist groß und muß daher mit Hilfe Brückenschaltung von vier Widerständen enthält, von Parallel- und Reihenwiderständen dem der zu von denen mindestens einer einen positiven Tem- 35 messenden Flüssigkeit angepaßt werden. Diese EIeperaturkoeffizienten aufweist und ein anderer ver- mente weisen außerdem einen exponentiellen Verlauf änderbar ist. - des Widerstandes mit der Temperatur auf, während

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch sie nicht leicht reproduzierbar sind. Ein geeigneter gekennzeichnet, daß einer der Widerstände der Temperaturausgleich läßt sich daher in einem großen Brücke als Potentiometer ausgebildet ist, dessen 40 Temperaturbereich schwer erzielen.

einem Ende die rückzukoppelnde Spannung züge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

führt wird und dessen Abgriff einen der Eingangs- Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend

punkte der Brücke bildet. zu verbessern, daß es mit den vorhandenen Widerständen mit positivem Temperaturkoeffizienten mög-

45 lieh wird, einen guten Ausgleich zu erzielen. Die

Temperaturkoeffizienten dieser Widerstände umfassen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum tempe- ein kleineres Temperaturgebiet als die Temperaturraturkompensierten Messen der Leitfähigkeiten von koeffizienten der zu messenden Flüssigkeiten, besitzen elektrolytischen Flüssigkeiten mit einem Wechselspan- aber einen gleichen, etwa linearen Verlauf, so daß eine nungsgenerator und einem Meßelement, das die vom 50 Verwendung dieser Widerstände, multipliziert mit Generator gelieferte Spannung entsprechend der zu einem geeigneten Faktor, die Lösung dieser Aufgabe messenden Leitfähigkeit moduliert, wobei die modu- ergibt. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß lierte Spannung gegebenenfalls nach Verstärkung in der Widerstand, dessen positiver Temperaturkoeffieinem Verstärker demoduliert wird, wobei ein Tempe- ■ zient niedriger ist als der der Leitfähigkeit der zu raturausgleich mittels eines Widerstandes mit positivem 55 messenden Flüssigkeit, einen Teil einer Brückenschal-Temperaturkoeffizienten erfolgt, der auf der gleichen tung bildet und daß die Brückenschaltung in eine Temperatur wie das Meßelement gehalten wird. Gegenkopplungsleitung des erwähnten Verstärkers Die Leitfähigkeit K eines Elektrolyten ist stark tem- oder in die Gegenkopplungsleitung des die Meßspanperaturabhängig. Die Beziehung wird durch nung liefernden Generators aufgenommen ist und daß

60 Widerstände in der Brücke in Zusammenhang mit

Kt — K₀ [1 + a (T — T₀)] dem erwähnten Widerstand so eingestellt sind, daß

eine Gegenkopplungsspannung an der einen Brückengegeben, wobei der Temperaturkoeffizient ot = 1,5 bis diagonale entsteht, die bei Temperaturänderungen 3,5% je °C sein kann, in Abhängigkeit von der Art eine relative Änderung aufweist, die die Änderung am des Elektrolyten. 65 Meßelement kompensiert.

Die Leitfähigkeit K wird stets bei einer Temperatur T In diesem Fall kann ein in die zu messende Flüssiggemessen, während man sich für die Leitfähigkeit K₀ keit getauchter und in eine Brückenschaltung aufgebei einer Temperatur T₀, im allgemeinen 20°C, interes- nommener temperaturempfindlicher Widerstand mit