DE1598318C3 - Meßfühler für die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

3 4

über dem Mittelpunkt C; X₁ und X₂ sind die Abszissen flächenspannung A abhängt und praktisch unabhän-

in bezug auf die Vertikale C bis zu den Schnittpunkten gig ist:

der Kreise mit den Radien R₁ und Λ, in der Höhe des _{a) von der Eintauchtiefe des} Meßfühlers, der teil-

^ussigKeitsspiegels. _{weise oder praktisch ganz} eintauchen kann,

Auf ein Abszissenelement χ von der Lange dx wirkt _{5 b) V}om Winkel, um den sich der Meßfühler um seine

infolge der Oberflächenspannung^ der Flüssigkeit Horizontale, den Mittelpunkte durchsetzende

eine Kraft dF, die gegeben ist durch: _{Achse drehen kann; demzufolge tritt keine Steifig}.

. _ - , keit in der Meßeinrichtung auf, und

~~ c) vom spezifischen Gewicht der Flüssigkeit.

IO

Das am Mittelpunkte auftretende Drehmoment Die Messung der OberflächenspannungA ist auf

dM ist daher: " diese Weise zurückgeführt auf die Messung des Dreh-

dM = 2 A xdx momentes M, das auf die Achse des Meßfühlers wirkt.

Gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform der

und durch Integration über die eine Hälfte der La- 15 Erfindung kann die Messung dieses Drehmomentes

melle: mit Hilfe einer Waage mit automatischem Gewichts-

ψ ausgleich durchgeführt werden, wie das schematisch

M = 2AJ xdx = A-(x₂ ²- X₁ ²) = A ■ (R₂ ² - R₁ ²). in F i g. 3 dargestellt ist. Die Achse 11 des Meßfühlers

*' ist auf einem Lagerbock 13 befestigt, der am Boden

Verwendet man konstruktionsgemäß beispielsweise 20 des die Flüssigkeit enthaltenden Behälters ruht, und

auf der linken Seite, wie in F i g. 1 dargestellt, drei zwar mittels einer torsionsfreien Aufhängung 14.

Lamellen, so ergibt sich für diese ein Drehmoment: Diese Achse 11 ist fest verbunden mit einem Arm 15,

welcher den Lastbalken der Waage bildet und an

M₁ = 3 A · (R\ — R\), seinem Ende eine bewegliche Spule 16 trägt, die einem

'25 elektromagnetischen Ausgleichsantrieb 17 zugeordnet

und für die drei miteinander verklebten Lamellen auf ist. Mit 18 ist ein Lageänderungen abtastender Wegder rechten Seite, welche einer einzelnen Lamelle ent- geber bezeichnet, der an den Eingang der Vorrichtung sprechen, ein Drehmoment: ein Steuersignal über einen Verstärker 19 abgibt.

Dieser sendet in die Spule 16 einen Strom, welcher

M₂ = A · (R² ₂ — R² _X). ■ 30 das Gleichgewicht des Lastbalkens 15 in bekannter

Weise wiederherzustellen trachtet und der demzufolge Es ergibt sich daher ein resultierendes Drehmoment proportional zu dem auf die Achse 11 wirkenden, zu

messenden Drehmoment M ist.

AM = 2A -(R² ₂ — R\), Der Meßfühler kann auf diese Weise bleibend in

35 einem Behälter angeordnet sein und ständig den Wert

oder verallgemeinert für η parallele Lamellen: der Oberflächenspannung der darin enthaltenen Flüs

sigkeit anzeigen, und zwar unabhängig von Verände-

Δ M — (n — 1) · A ■ (IJ2 — R\). rangen des Flüssigkeitsspiegels und vom spezifischen

Gewicht der Flüssigkeit, die sich beispielsweise in

Infolgedessen ist ersichtlich, daß bei einem Meß- 40 Industrieanlagen zur Behandlung chemischer Produkte fühler dieser Art das Drehmoment nur von der Ober- u. dgl. einstellen können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Weil diese Steifigkeit im Bereich der idealen Lage Patentansprüche: auftritt, bedingt sie eine oft schwierig zu ver wirklichende Lageverstellung.

1. Meßfühler für die Oberflächenspannung von

Flüssigkeiten, dadurch gekennzeich- 5 Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile durch

net, daß er aus einer Einheit von mehreren eine dem Versuchskörper erteilte besondere geome-

dünnen Lamellen (1OA, 102?, 10C) in Form eines trische Form zu vermeiden.

Teils einer Ringscheibe besteht, die über die eine Der erfindungsgemäße Meßfühler ist dadurch geHälfte ihrer Winkelöffnung, beispielsweise durch kennzeichnet, daß er aus einer Einheit von mehreren Klebung, miteinander verbunden und über die 10 dünnen Lamellen in Form eines Teils einer Ringandere Hälfte im Abstand zueinander parallel scheibe besteht, die über die eine Hälfte ihrer Winkelangeordnet sind, daß diese .Einheit mit einer zu öffnung, beispielsweise durch Klebung, miteinander ihrer Ebene senkrechten Achse (11) fest verbunden verbunden sind und über die andere Hälfte im Ab- und um den Mittelpunkt der Ringscheibe schwenk- stand zueinander parallel angeordnet sind, daß diese bar ist und daß eine Einrichtung (15 bis 19) zur 15 Einheit mit einer zu ihrer Ebene senkrechten Achse Messung des Drehmoments vorgesehen ist, das fest verbunden und um den Mittelpunkt der Ringbeim teilweisen Eintauchen des Meßfühlers in die scheibe schwenkbar ist und daß eine Einrichtung zur Flüssigkeit auf die Achse wirkt. Messung des Drehmoments vorgesehen ist, das beim

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch ge- teilweisen Eintauchen des Meßfühlers in die Flüssigkennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung 20 keit auf die Achse wirkt.

des Drehmoments aus einer Waage mit auto- Wie weiter unten gezeigt wird, ist das hierdurch

matischem Gewichtsausgleich besteht. zustande kommende Drehmoment konstant, unabhän

gig von der Eintauchtiefe und von dem Winkel, um den sich der Meßfühler um seine Achse frei, d. h. ohne

25 Steifigkeit verdrehen kann, und unabhängig von dem

spezifischem Gewicht der Flüssigkeit. Dieses Drehmoment hängt ausschließlich von der Oberflächen-Die vorliegende Erfindung betrifft einen Meßfühler spannung ab.

für die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. Auf Grund dieser sehr vorteilhaften besonderen

Es sind zahlreiche Vorrichtungen zur Messung von 30 Eigenschaften ist es daher möglich, eine für den Kapillarkräften bekannt. Hier sei an die Messung der Industriegebrauch geeignete Vorrichtung zu verwirk-Anziehungskraft zwischen einem Festkörper, der als liehen, die sowohl robust als auch in der Herstellung Versuchskörper dient, und der Flüssigkeit erinnert, einfach und billig ist, während die bekannten Vorrichderen Spannung zu messen ist. Dieses Verfahren weist tungen keine rauhe Behandlung vertragen und nur im jedoch verschiedene Nachteile auf: 35 Laboratorium brauchbar sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Er-

a) Wenn der Versuchskörper, im allgemeinen eine findung an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt dünne Lamelle, teilweise in die Flüssigkeit ein- F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfingetaucht ist, treten Auftriebskräfte auf, welche die dungsgemäßen Meßfühlers,

Messung verfälschen. Die gemessene Kraft ist 40 F i g. 2 eine erläuternde geometrische Darstellung,

dann die Resultierende der Kapillarkräfte und F i g. 3 einen erfindungsgemäßen Meßfühler, der

der Auftriebskräfte. Den Letzteren kann man mit einer Waage mit automatischem Gewichtsausgleich

Rechnung tragen, sofern man das spezifische Ge- versehen ist.

wicht der Flüssigkeit sowie das eingetauchte Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, besteht der Meß-

Volumen des Festkörpers kennt. Da nun diese 45 fühler aus einer Einheit von mehreren dünnen La-

Fehlerquelle sowohl bei sehr großer als auch bei mellen, beispielsweise drei Lamellen. Diese Lamellen

sehr kleiner Eintauchtiefe auftritt, muß der Ver- können von beliebiger Beschaffenheit sein und be-

suchskörper unbedingt eine solche Lage ein- stehen vorzugsweise aus einem durch die Flüssigkeit

nehmen, daß seine Unterkante sich am natür- gut benetzbaren Werkstoff, beispielsweise Metall oder

liehen Niveau der Flüssigkeit befindet, und zwar 5° Glas. Sie haben die Form einer Ringscheibe, die auf

trotz des Meniskus infolge der Oberflächen- einen öffnungswinkel« begrenzt ist. Über die eine

spannung, welche die Flüssigkeit an seinen Seiten- Hälfte dieses Öffnungswinkels a/2 sind diese Lamellen

flächen hochsteigen läßt. Benutzt man zur Kraft- von einem Ende her verklebt, so daß sie eine einheit-

messung eine Waage, an welcher der Versuchs- liehe Lamelle 10 bilden, während sie über die andere

körper aufgehängt ist, so muß diese eine mit dem 55 Hälfte a/2 mit geringem Abstand voneinander parallel

Niveau der Flüssigkeit variable Höhe einnehmen, als Lamellen 1OA, 1OB und IOC verlaufen. Der

was zu einer beträchtlichen Komplikation der Mittelpunkt der Ringscheibe ist mit C bezeichnet. Eine

Meßvorrichtung führt. kleine Achse 11 durchsetzt den Mittelpunkt C senk-

b) Selbst wenn der Versuchskörper die oben definierte recht zur Ebene der Lamellen 10. Diese sind mit der ideale Lage einnimmt, tritt in vielen automatischen ^6o Achse durch Speichen 12 derart verbunden, daß sie Meßgeräten eine unerwünschte Steifigkeit auf, eine um diese Achse 11 schwenkbare starre Einheit beispielsweise wenn eine Waage mit automa- bilden.

tischem Gewichtsausgleich verwendet wird. Ob- Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Meßgleich nämlich die durch die Oberflächenspannung fühlers wird an Hand der F i g. 2 erläutert, welche die bewirkte Kraft konstant ist, verändert sich die ⁶5 geometrischen Verhältnisse einer der Lamellen in der Auftriebskraft P linear mit der Eintauchtiefe X Ebene darstellt. Dabei bezeichnen R₁ und R₂ die des Versuchskörpers, und die Steifigkeit K ist Radien der beiden Kreise, welche die Ringscheibe begleich der Neigung dPjdX der Geraden P (X). grenzen; h ist die Eincauch-Tiefe bzw. -Höhe gegen-