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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierldchen Bestimmung der Konzentration
von emulgierten Bestandteilen in eiektrisch leitenden Flüssigkeiten Die erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der
Konzentration von emulgierten Bestandteilen in elektrisch leitenden Flüssigkeiten
durch Messung des elektrischen Widerstandes bzw.
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der elektrischen Leitfähigkeit.
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Es sind Verfahren zur Bestimmung des Fettgehaltes in fetthaltigen
Emulsionen z.b. Milcherzeugnissen bekannt. Dabei wird zur Fettgehaltsbestimmung
der elektrische Widerstand des Meßgutes bzw. dessen Dielekt rizitätskonst ant c
gemessen. Da dieses Meßergebnis jedoch nicht nur vom Fettgehalt, sondern auch noch
von anderen Faktoren abhängt, wie z.B. von der Beschaffenheit des beispielsweise
im Rahm enthaltenen Milchserums, wurde eine gleichzeitige oder nacheinander erfolgende
Bestimmung des elektrischen Widerstandes oder der Dielektrizitätskonstanten in der
an bett oder 01 angereicherten oder sich anreichernden Flüssigkeit einerseits und
der ursprünglichen oder an Fett oder Öl verarmten Flüssigkeit andererseits durchgeführt.
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Das Widerstandsverhältnis oder der Widerstandsunterschied der öl-
oder fettreicheren gegenüber der öl- oder fettärmeren Flüssigkeit kann durch eine
Kompencationsschaltung, Differenzschaltung oder dergl. bostimmt werden.
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Beim Zentrifugieren von Milcherseugnissen boi der Herstellung von
Butter wird der Fettgehalt 27r gleichzeitige oder nacheinander erfolgende Bestimmung
des spezifischen elektrischen Widerstandes odor dor @ielektrizitätskonstante in
dem die Zentrifuge verlassenden Rahmstrom einerseits sowie in dem Magermilchstrom
andererseits festgestellt. Hierbei wird sberfalls eine Rompensationsschaltung benutzt.
Die Ko@@@@tzaltung @@@es im voraus bestimmten Fettgchalten im @@hm bzw, @@@@ertiger
Butte@ bei @chrmaligem Zonirifugloren
wird anhand des resultierenden
Meßwertes dutcmatisch oder von Hand gesteuert.
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Zur Durchführung der Messung solbst t es bekannt, eine Einrichtung
zu benutzen, die aus einer Wheatstoneschen Brücke besteht, bei welcher zwei Widerstandselemente
im gleichen Verhältnis bemessen sind wie das Verhältnis zwischen den spezifischen
elektrischen Widerständen von Magermilch und Rahm mit dem gewünschten Fettgehalt.
Als weitere Widerstandselemente der Wheatstoneschen Brücke werden zwei auf den gleichen
Wert geeichte Meßzellen eingeschaltet, von denen die eine für den Durchfluß der
Magermilch und die andere für den Durchfluß des Rahms bestimmt sind. Es ist jedoch
auch weiterhin bekannt, die @@nrichtung derart zu gestalten, daß die Widerstandsele
m@nte zur wechselweisen Einschaltung angeordnet sind, daß zwei auf den gleichen
Wert geeichte Meßzellen eine für der Durchfluß von Magermilch und die andere für
@@n Dur@@ fluß von Rahm, zur wechselweisen Einschaltung angeordnet sind und daß
in die Wheatstoneschs Brücke ferner ständig ein unveränderliches Widerstandselement
und ein regelbares Widerstandselement eingeschaltet sind.
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Nachteilig bei diesen Einrichtungen ist, daß beim Durchgang von Gleichstrom
durch eine elektrolytische Lösung an den Elektroden infolge der Ionenabscheidung
sowie der Konzentrationsänderung der Lösung eine elektromotorische Gegenkraft auftritt,
die als Polarisation bezeichnet wird. Sie bewirkt eine scheinbare Erhöhung des Widerstandes.
Die Erscheinung der Polarisation ist auch bei @echselstrom besonders bei Wechselstrom
niedriger Frequenz zu beobachten Die Polarisation ist von ver-@chiedenen Faktoren,
wie Stromdichte im Elektrolyten, Leitfähigkeit der Elektrolyten, Meßfrequenz, Zellenkonstante
usw. abhüngig und zeitlich veränderlich, @@@. b@ u@@nden Messungen nicht erfaßbar.
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kin weiterer Nachteil sind die Ve@schmutzungen der Blektroden. Diese
Schmutzablagerungen bestehen meist aus unlös lichen, nicht leitfähigen xeststoffen,
die die wirksame Oberfläche verkleinern. Die Folge ist ein zunehmender Polarisationsfehler
und eine Veränderung der Zellenkonstante.
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Durch diese Nachteile entstehen große Unterschiede im Meßergebnis.
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Zweck der Erfindung ist eine kontinuierliche und genaue Messung der
Konzentration von emulgierten Bestandteilen in Flüssigkeiten sowie eine direkte
Verwertung z.B. Ablesung dieser Werte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch messung des elektrischen
Widerstandes bzw. der elektrischen Leitfahigkeit die Konzentration von emulgierten
Bestandteilen in Flüssigkeiten kontinuierlich und unter Ausschaltung von dtörfaktoren
zu messen und dieses Ergebnis direkt zu verwerten z.B. anzuzeigen.
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rfindungsgemäß wird die Aufgabe derart gelöst, daß die mit den emulgierten
Bestandteilen versetzte elektrisch leitende Flüssigkeit Meßzellen durchströmt, in
denen der Strom über zwei Stromeinspeisungselektroden fließt und ein den Widerstand
entsprechender Spannungsabfall leistungslos über zwei andere Elektroden gemessen
und dieser Meßwert auf Anzeigegeräte übertragen wird, an denen die Konzentration
der emulgierten Bestandteile abgelesen werden kann, nachdem diese Anzeigegeräte
auf die Messung der Konzentration bestimmter emulgierter Bestandteile geeicht worden
sind. Bei Milcherzeugnissen mit einem fettgehalt über lo % erfolgt die Messung derart,
daß das Milcherzeugnis Meßzellen durchströmt, in denen der Strom über zwei Stromeinspeisungselektroden
fließt und ein den Widerstand entsprechender Spannungsabfall leistungslos über zwei
andere Elektroden gemessen und dieser Meßwert auf ein Anzeigegerät übertragen wird,
welches
auf die Messung des Fettgehaltes, z.B. im Rahm, geeicht worden ist. Zur Durchführung
der Verfahren sind zur Messung des elektrischen Widerstandes bzw. der elektrischen
Leitfähigkeit Vierelektrodenmeßzellen vorgesehen, denen Einrichtungen zur leistungslosen
Messung der Spannung z.B ein Verstärker und Gleichrichter sowie Anzeigegeräte, z.B.
Drehspulinstrumente, die auf die jeweilig zu messende Konzentration der Emulsion
geeicht sind, nachgeschaltet sind. Zur Messung des elektrischen Widerstandes bzw.
der elektrischen Leitfähigkeit von Milcherzeugnissen mit über 10 % fettgehalt sind
Vierelektrodenmeßzellen vorgesehen, denen Einrichtungen zur leistungslosen Messung
der Spannung z.B. ein Verstärker und Gleichrichter sowie Anzeigegeräte z.B. auf
die Messung des Fettgehaltes in Rahm geeichte Drehspulinstrumente nachgeschaltet
sind.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei spiel erläutert
werden.
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Die zugehörige Zeichnung zeigt den Schaltplan einer Meß vorrichtung.
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Verschiedene Emulsionen bestehen aus einer elektrisch leitenden Flüssigkeit
und den darin emulgierten nicht oder nur sehr schlecht leitenden Bestandteilen.
Da diese Bestandteile leitfühige Flüssigkeit verdrängen und außerdem durch ihre
Anwesenheit den elektrisch leitenden Weg @wischen den Elektroden einer Meßzelle
verlängern, verringert sich die elektrische Leitfähigkeit bzw. erhöht sich der elektrische
Widerstand der Emulsion.
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ähnliche Überlegungen gelten natürlich auch für den umgekehrten Fall,
wo sich leitende emulgierte Teilchen in einer nicht oder nur sehr schlecht leitenden
Flüssigkeit befinden.
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Bei Milcherzeugnissen wie æ.B. Rahm befinden sich in einer leitenden
Flüssigkeit nicht leitende emulgierte Fetteilchen. Beim ldebvorgang wird die Meßzelle
Z t
zu untersuchenden Flüssigkeit durchflossen.
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Vom Stabilisator St 1 fließt der Wechselstrom durch den Widerstand
R 3 über die Elektrode E 4 durch die Flüssigkeit zur Elektrode E 1 und wieder zurück
zum Stabilisator St 1. Mit dem Widerstand R 2 kann der Arbeitspunkt eingestellt
werden. Der 1Widerstand R 3 ist gegenüber dem Flüssigkeitswiderstand hochohmig.
Damit wird der durch die Meßzelle Z t fließende Strom unabhängig von Änderungen
des Flüssigkeitswiderstandes. Die Widerstandsmessung kann gemäß U = 10R auf eine
Spannungsmessung zurückgeführt werden. Desweiteren beeinflussen Schmutzablagerungen
auf den elektroden die Messung nicht, da der durch die Meßzelle Z 1 fließende Strom
durch den widerstand R 9 bestimmt wird0 Der Spannungs abfall zwischen den Elektroden
b1' 3 und E 2 wird von dem Verstärker V 1 mit hochohmigem Eingang verstärkt, vom
Gleichrichter Gl 1 gleichgerichtet und den Meßinstrument Jn 1 zugeführt. Der Widerstand
R 1 dient der Nacheichung der Meßeinrichtung.
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Der Widerstand R 4 ist Bestandteil der Tewperaturkorrektureinrichtung.
Diese ist in dem Verstärker V 1 so eingebaut, daß sie Widerstandsänderungen infolge
Temperaturveränderungen der zu untersuchenden Flüssigkeit entgegenwirkt.
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Durch die Anbringung einer entsprechenden Anzeige, die auf die Konzentration
der emulgie@ten Bestandteile geeicht ist, kann die Konzentration, bei Milcherzeugnissen
s.B. der Fettgehalt, direkt abgelesen werden. Gleich@alls kann auch die dem Meßgerät
Jn 1 zugeführte Spannung sur steuerung von Einrichtungen benutzt werden.