DE1615941A1 - Fluessiger Widerstand mit hohem spezifischem Widerstand - Google Patents
Fluessiger Widerstand mit hohem spezifischem WiderstandInfo
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Description
. 1998-3 Jeu/MD HÜn6keii
■ V ttÜ/W
kitmtitaL* in Popiö /
Plüeeigar
Me Brfindüng betrifft etniift jCXÜeeigen Widerataftd>
der he^en epeKiflochen Vider*tand Miitftt wild Üt»ö3r längere
Teilchenbeechleuniger benötigen sehr hohe Wideretände, um das
Potential «^ Nhen der Hoohepmnniuigselektrode und der Maaee su
verteilen. Dieet Aufgabo wird Jedoch von den bisher verfügbaren
fettea Videret&T Jen nicht befriedigend erfüllt, da diese gIeich·
zeitig einer hohen 8p*nnung widerttehen und eine gute Stabiliitlt
beeitsen aüoaen. Beiopieloweioe »eigen die aß Van de Graaf-Beechleuniger d*a l?rot€mwi^-8yneiirotron· - Saturn: im Kerniorachunga-
jtruiß SacIü/, Frankreich angebrachten Wideretände auo geeinterteu Kohleniitoff Schwanlrungen ihrer Wideretandswertd von 5OjC in
Ke Gitut »wer e«hlreiahe ürctertuchungen über TlIu1Oigkeiten ale
Ιβοlatoren und Dieleictrika bekannt, jedoch iet die Möglichkeit
der Verwendung iron Flüssigkeiten als Widerstand mit hohem Wider«
standswert bisher nicht in Betracht gesogen worden.
Ea sei jedoch bemerkt, daß man Versuche mit einem aua reinem
Wasser bestehenden flüssigen Widerstand angestellt hat* Das Prineip dieses Widerstands let das folgende; Das Wasser strömt in einem
metallischen Leitungssystem und belädt sich so mit Ionen von
Cu*"*\ Pe***» Co,*" und OiT, so daß die Leitfähigkeit dieses
Wassers sich durch Veränderung der Ionenstärke erhöht. Bs wird
gereinigt, indem es über Anionen- und Kationenauetaueeherharee
geleitet wird, wodurch es theoretisch seinen anfänglichen spezifischen Widerstand BUrÜckerb/ilt *
Dieser flüssige Widerstand hat jedoch einen niedrigen spezifischen
Widerstand von ..weniger als 10 Ohm/cm* Außerdem wurden an diesen
Widerstand nur geringe Spannungen angelegt, wodurch die Durchechlagsgefahr und die Polarislerungserseheinungen verringert wurden.
Die Erfindung bseweckt einen flüssigen Widerstand mit einem speeifisohen Wider· tends wert «wieeben 10' und 101' Ohm/cm und einer
guten Stabilität über einen längeren Zeltraum»
Ein flüssiger Widerstand besitzt gegenüber einem festen Widerstand
ßahlreiche Vorteile» nämlicht
latürliche Stabilität des spezifische]! Widerstand· der gewählten
Flüssigkeit oder Flüseigkeitnaiechung;
leichte Erneuerung dieser Flüssigkeit von Zeit eu Zelt» falls sich
•peeifieche Widerstand im Verlauf der Zeit ändert;
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Möglichkeit der Einetellung dee flüssigen Widerstands in einem
gegebenen Bereich des spezifischen Widerstands; Leichte Festlegung des epeeifIschen Widerstands für ein Gemisch
von Flüssigkeiten bestimmter Art durch Veränderung der Zusammensetzung des Gemisches;
leichte Abführung der entwickelten Wärme.
leichte Abführung der entwickelten Wärme.
Die der Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen an Lösungsmitteln
im Hinblick auf ihre Verwendung als fliiagiger Widerstand
wurden an zwei Gruppen von Lösungsmitteln vorgenoaiaen, nämlich
T. Unpolaren Lösungsmitteln, wie -Beneol, Kohenstofftetrachlorid,
Dloxan, deren spezifischer Widerstand mindestens 10 5 Ohm/cm
beträgt und deren Dielektriaitätskonatant*? klein ist ( £ .3* 10).
2. Polare LtSsu.tigainlttel, wie Glycol, Glycerin, Acetonitril,
deren spezifischer Widerstand gering ist (<?£ 10 Ohm/cra) ι
daren Bielektrjsitätskonstante hoo!i ist (C^ 20).
Die LöaußgeaiiteX der ersten. Gruppe haben imter
ihrer niedrigen Dielektrisitiitskojiötante keinerlei lon.ieations
eigenschaft» vührend die der Eweiten Gruppe bestimin-ie organische
odes· anorganic ehe Salze leicht ionisieren. Das 1st der Fall bei
Wasser, das ein polares Lösungsmittel ist.
Es wurde gefunden, daß die Erhöhung der Konsentration, eines
anorganischen oder organischen Salaes in einem unpolaren Milieu
r.u einor VerstUrkung der lonisationseigensnnaften diesen unpoJaren
BADORIGiNAL 009820/0219
BrfindungegemäS wird daher ein flüssiger Widerstand mit hohem
spezifischem Wideretand und Beständigkeit über einen längeren Zeitraum vorgeschlagen, der aus einem unpolaren Lösungsmittel
besteht, dem eine organische Säure ssur Erhöhung der lonisationseigensohef-ten
dieses Lösungsmittels und eine Base zur neutralisation der Säure zugesetzt sind.
Jedes unpolare Lösungsmittel' kann zur Herstellung des eründungs=-'
gemäßen flüssigen Widerstands dienen. Es ist nur erforderlich, daü einerseits die sewählteprganische Säure und andererseits
das nach Zugabe der Base gebildete Salz ebenfalls izft Lösungsmittel löslich sind.
Die in dem gewählten Lösungsmittel lösliche organische Säure ist vorzugsweise kristallisiert, wasserfrei und rein. Die Base muß
mit der Säure bei der Neutralisation ein im Grundlösungsmittel lösliches 8ale bilden.
Hit den so erhaltenen flüssigen Widerständen kann man alle Werte des spezifischen Widerstands im Bereich von 10 bis 10 OIud/cbi
erreichen. Der Wert des spezifischen Widerstände hängt von der
Anfangskoneentration an organischer Säure und vom Verhältnis -nicht neutralisierte Säure/gebildetes Salz, also von der Menge
an zugesetzter Base ab.
Mit Bezug auf die beigefügten schematisohen Figuren 1 und 2
wird im folgenden nur als Beispiel eine Ausführungsform des er
findungsgemäfien flüssigen Widerstands mit hohem spezifischem
0 0 9 8 2 0/0219 BAD ORietNAL !
Widerstand beschrieben. Selbstverständlich umfaßt die Erfindung auch alle äquivalenten Ausführungeformen. Λ"
Pig. 1 zeigt eohematisch einen erfindungegemäfien flüssigen Widerstand;
·
Fig. 2 zeigt die Neutralisationakurve Säure-Baae ia unpolaren
Milieu.
Der in Fig. 1 gezeigte flüssige Widerstand besteht aus einer Widerstand»flüssigkeit 1« die in einem abgesiegelten Glaegefaß 2
von 10 mm. innendurchmesser, 14 mm Außendurchiaesser und 30 am .
länge eingeschlossen ist. Zwei kugelförmige Platinelektroden 5
von 5 s»a Durchmesser sind in dieser Flüssigheit angeordnet und
mit Piatiiakontakten 5 verbunden. Die Gesamtanordnung ist mit
einem Isoliermaterial 4 ummantelt.
In Fig. 2 ist die allgemeine Fons von Seutralieationakurven einer
organischen Säure mit einer organischen Base in einem unpolaren* Milieu in halblogarithmischen Koordinaten angegeben. Als Abssisse
sind die Mengen an dem Lösungsmittel zugesetzter Säure und Base und als Ordinate der spezifische Widerstand aufgetragen«.
Der Verlauf dieser Kurven kann wie folgt erklärt werden. In einer
ersten Stufe bewirkt die Auflösung der Säure im unpolaren Lösungsmittel iceine wesentliche Veränderung der Leitfähigkeit» Die
Dielektrizitätskonstante des unpolaren Lösungsmittels ist klein, so daß die Säure nicht dieoziieren kann und die Leitfähigkeit
also nicht erhöht wird.
\ Q0382Ö/Q219
BAD ORIQiNAL
Der spezifische Widerstand des LBsungsmittela verringert sich jedoch
etwaa wegen der Gegenwart von Wasser in der kristallisierten
Säure. Biese Gegenwart von Wasser führt zu einer geringen Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Milieus und daher zu einer
Dissoziation der Säure.
In einer zweiten, der Zugabe von Base entsprechenden Stufe nimmt
die Leitfähigkeit rasch zu. Diese plötzliche Abnahme des spezifischen Widerstands kann auf die wegen der Erhöhung der Salzkonzentration
des Milieus eintretende Dissoziation der Säure zurückgeführt werden»
Diese Vorstellung wird durch die Feststellung gestützt, daß die unmittelbare Auflösung des bei dieser Neutralisation entstehenden
Salzes nicht zu einer v/esentlichen Veränderung der !leitfähigkeit
führt. Der Stroatransport erfolgt daher vermittels der bei der
Dissoziation der Säure entstehenden Ionen.
In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß die Auflösung eines
anorganischen Kupfersalzes in einem unpolaren !lösungsmittel, wie Dioxan» die Leitfähigkeit dieses Lösungsmittels nicht erhöht,
jedoch, v&an. diese Auflösung in einer Lösung der Säure im Dioxan
erfolgt, der spezifische Widerstand rasch abnimmt.
Das gebildete oder gelöste S-Iz ist nicht dissoziiert und nimmt
daher aa Stromtransport nicht teil, sondern begünstigt nur die
Dissoziation der Säure.
BADOR161NAL
009820/0219 _—~-
~ 7 —
Gegen Ende der zÄten Stufe ninmt die Steigung der Kurve der
Veränderung des speciflochen Widerstände in Abhängigkeit von
Basenzusatz ab und geht durch ein Minimum. Zwar wachet der
SissoziationakoeffiEient der Säure mit der Konzentration des gebildeten Salses» jedoch nimmt die Gesamtsäurekonsentration ab,
da die Säure neutralisiert wird. Be spielen eich aleo gleicheeitig swei gegenläufige Effekte abt Einerseits Erhöhung der Zahl
der gebildeten Ionen durch Erhöhung der Bissosiatlonskonetante
unr\ andererseits Verringerung der Zahl der gebildeten Ionen durch
Verringerung der Gesaintsäurekonzentration. Durch diese beiden
gegenläufigen Effekte kommt die Veränderung der Leitfähigkeit
Eum Stillstand*
In einer dritten Stufe wirkt sich vorwiegend die !neutralisation
aus, die Leitfähigkeit nimmt ab.
Schließlich enthält in einer vierten Stufe,nach vollständiger
neutralisation, die Lösung ein nicht dissoziiertes Sale und einen Überschuß nicht dlssoziierter Base, wodurch .ich die Leitfähig»
keit auf einen niedrigen Wert in der Nähe des Werts der Ausgangslösung der Süure im Lösungsmittel stabilisiert.
Ein flüssiger Widerstand mit hohem spezifischem Widerstand und guter Beständigkeit Über längere Zelt besteht beispielsweise aus
einer Lösung von Trichloressigsäure in Tetrachlorkohlenstoff* die
mit Dinethylamin neutralisiert ist.
Die Konzentration der Säure im lösungsmittel liegt zwischen 2 M und 10~2 H, je nach dem gewünschten spezifischen Wideretand.
Die Base wird in einer solchen Menge zugesetzt» daß das Verhältnis
der Konzentrationen der nicht neutralisierten Säure zum gebildeten Sale vorzugsweise zwischen 0,7 und 1,3 liegt.
Als Beispiele, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt wäre, seien die folgenden Gemische angeführt:
- 1.3.10*"2 Mol ρ ■ 1,6.109 Ohm/cm (a)
ö'ü "".""IiOI J
w 8.1O8 Ohm/cm (b)
0,8.1Q"2 Mol ο * 5,4.1O8 Ohm/cm (c)
0,8.10 ~ Mol ο
i72.1O Mol
= 0,6.1Q"2 Mol ο « 4.1O8 Ohm/cm (d)
1,4.10"^ Mol
Sie Anfangskonzentration an Säure leg in der'Nähe von 1,6.10 M.
Der flüssige Widerstand der Zusammensetzung d), d.h. mit einem
spezifischen Widerstand ο » 4.10 Ohra/cm wurde in einem Hochspannungskreis mit folgenden wesentlichen Eigenschaften verwendet:
Gesamtspannung! 100.000 V
Zahl der Elektroden« 7
Zahl der Elektroden« 7
Spannung zwischen jeder Elektrode: 30.000 bis 35.000 V (die +100.000 Vfcfanden sich in der Nachbarschaft von
drei Elektroden)
Elektrisches Feld: In der Größenordnung von 10.000 V/cm
Elektrodenmaterial: Rostfreier Stahl Abstand zwischen den Elektroden: 3 cm
009820/0219
BAD 0RI61NAL
Bin gleicher Widerstand wurde unter folgenden Bedingungen verwendet)
Spannung: 75O.OCO V1 verteilt swischen der Hochepannungaelektrode
und der Masse durch eine Gruppe von 14 und 15
Elektroden;
Spannung zwischen jeöer Elektrode: 50 bis 55.000 V
Elektrisches Feld: In der GrüSeßorämmg voa 15 bis 20.000 7/em
ElektrüSeßmater-ials Platin oöer roetfreier Siehl
Abstand zwischen den Elektroden: 2 bi3 3 cm,
Der flüsHige Widerstand "^eränäerte sich nur sehr geringfügig
über eine längere Zeit: Spesifisenei* Widerstand zu Beginn
2929.108 Ohffi/cBii Spezifischer Widerstand nach 100 Std.t
2·39.108-Oho/cm.
a h< dieaex» flüssige Widerstand elektrische Felder von
30 KV/cm ohne Dsjrclisclilag sus.
Andere flüssige Widerstände mit eisern hohen, spesifisclien Widersi-anö
nn& einer guten Stabilität kömien durch neutralisation
vcs?. Lösimgea von Oxal-Berastein^ und Ficriasäure in eiaea tmpolaren
Iiösimgaaittels \iie Beasol oder Diosasi, erhalten werden.
BAD 0R!Gff4ÄL
009820/0219
Claims (6)
1.) Flüssiger Widerstand mit hohem spezifischem Widerstand, der über einen längeren Zeitraum stabil ist, dadurch gekennzeichnet,
daß er aus einem unpolaren Lösungsmittel besteht, dem zur Erhöhung
der Ionisationseigen3cliaften des Lösungsmittels eine organische
Säure und aur Heutralieation der Säure eine Base zugesetzt wurden.
2.) PKissigsr Widerstand nach Anspruch ?t dadurch gekennzeichnet,
daS die organische SUu^a Srie2iloreösigöäurep Bernsteinsäure und/ödes?
ist.
3.) Flüssiger Widerstand nach Anspruch 1 oder 2γ dadurch gekennzeichnet, daS das unpolare Lösungsmittel ÜJetraelilorkohlenstoff,
Benzol und/oder Dioxan ist.
4.) Flüssiger Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch
gekennzeichnet, daS die Base Diethylamin ist.
5.) Flüssiger Widerstand nacii einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnete ßaS die IConsentratiön der Säure iia Lösungsmittel
zwischen 2 H uad 10 '2 M li*gt.
6.) Flüssiger Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Base in solchen Mengen zugesetzt let, daß das Verhältnis der. Konzentrationen äa? nicht neutralisierten Säure
zum gebildeten.Salz zwischen 0,7 und 1,3 liegt.
3ÄD ORSGSNAL
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