DE2030671C3 - Einrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in korrosiven Medien - Google Patents
Einrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in korrosiven MedienInfo
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Description
η der zweiten Schaitstellung (Arbeitszustand) die Verjlekhsspannungsquelle
{-VR, + VR) von dem Einging des Ausgangsverstärkers abgetrennt ist, und
gleichzeitig dessen Ausgang den Stromkreis wischen Jen beiden Proben- und Hilfselektroden sctneßt.
Eine wie oben beschriebene ausgebildete Meßein- -iehtung weist zweckmäßigerweise ferner einen Rückkopplungskreis
auf, welcher den Ausgang des Ausgangsverstärkers mit dessen Eingang über einen Klemmenpunkt
verbindet, der wiederum einerseits mit dem Ausgang des Differenzverstärkers und andererseits mit
dem Kontaktpaar verbunden ist.
In der Regel erweist es sich fernerhin als vorteilhaft, wenn ein Spannungsfolger vorgesehen ist, dessen Eingang
in der ersten Schalterstellung über ein Kontaktpaar mit der Vergleichsspannungsquelle ( + VR, - VR)
und in der zweiten Schalterstellung (Arbeitszustand) über ein Kontaktpaar mit dem Ausgang des Ausgangsverstärkers
verbunden ist.
Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschrei- ao
bung des an Hand der Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.
F i g. 1 ist eine Darstellung des Leitungssystems, in dem der Meßkopf für den Korrosionsgeschwindigkeitsmessers
vorgesehen ist und der mehrere über ein Kabel »5 mit einer Schaltungsanordnung verbundene metallische
Elektroden aufnimmt;
F ι g. 2 ist ein Schaltschema des Korrosionsgcschwindigkeitstnessers
in Verbindung mit der Probe nach F i g. 1:
F 1 g. 3 symbolisiert die Aufzeichnungseinrichtung in
Verbindung mit der Schaltanordnung aus F i g. 2 mit einem typischen Aufzeichnungsträger;
F i g. 4 und 5 /eigen die Schaltung einer geeigneten Stromquelle und Bezugsspannungsquelle für die Schaltung
nach F i g. 2 ur.d
F i g. b ist eine vergrößerte Darstellung eines Aufzeichnungsträgers
nach Art desjenigen aus F i g. 3. wie er bei der automatisch fortschreitenden Arbeitsweise
der Schaltung nach F i g. 2 zustande kommt.
Der in F i g. 1 gezeigte Meßkopf 11 liegt in einer Rohrleitung 12, die ein korrodierendes Medium, wie
z. B. eine wässerige Flüssigkeil, in Richtung des Pfeiles 13 führt. Zu der Rohrleitung 12 gehören zwei Rohre 14
und 16, die durch ein T-Stück 17 verbunden sind, in welches der Meßkopf 11 eingeschraubt ist. Der Meßkopf
11 kann jede geeignete Form besitzen, beispielsweise
eine solche, wie sie in der USA.-Patentschrift 3 406 101 dargestellt ist. Wie ersichtlich, besitzt der
Meßkopf 1! einen metallischen Körper 18 in Gestalt eines Schraubverschlusses, der, gegeneinander and gegenüber
dem Körper isoliert, die Elektroden 21, 22 und 23 trägt. Diese Elektroden stehen über nicht erkennbare
Leiter innerhalb des Körpers 18 mit einem elektrischen Anschluß 19 in Verbindung. Dieser wiederum ist
über ein gegebenenfalls längeres Kabel mil der in F i g. 2 gezeigten Schaltungsanordnung des Korrosionsgeschwindigkeitsmessers
verbunden. Genauer gesagt enthält das Kabel 24 elektrische Leiter 26, 27, 28
und 29, die an die Position 1 der Anschlußleiste einer Schaltvorrichtung 31 führen. Die Elektroden 21, 22 und
23 stehen mit dem Leiter 26 bzw. 27 bzw. 28 in Verbindung, und der Leiter 29 ist gleichfalls an die Elektrode
21 angeschlossen, um einen eigenen Strompfad zur Masse der Schaltanordnung des Korrosionsgeschwindigkeitsmessers
zu bilden.
Vorzugsweise sind die Elektroden 21, 22 und 23 gleich ausgebildet. In der nachfolgenden Beschreibung
sind sie in der genannten Reihenfolge mit i/Proben-«, »Bezugs-« -jnd »Hilfselektrode« bezeichnet. Die
Probenelektrode 21, die der exakten Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit beispielsweise eines bestimmten
Stahls dienen soll, muß aus diesem Stahl bestehen. Obieich die Elektroden im übrigen normalerweise
metallisch sind, können sie an sich aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, das in der Lage ist.
Ionen in dem korrodierenden Medium in Lösung zu geben. An sich kann der Meßkopf 11 eine beliebige
Zahl Elektroden aufnehmen, die durch geeignete Schaltung und elektronische Verbindungen der Messung
dienstbar gemacht werden können.
Die Schaltvorrichtung 31 kann in beliebiger Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht sie aus einem
mehrpoligen Positionsschalter, der durch ein Fortschaltrelais od. dgl. betätigt wird, wie durch die gestrichelte
Linie 32 angedeutet. Der Meßkopf 11 ist also mit den Anschlußklemmen der Position 1 der Schaltvorrichtung
31 verbunden. Bewegliche Kontakte verbinden wahlweise die Klemmen der einzelnen Positionen
mit solchen eines äußeren Schaltkreises, die mit R, T,
Masse und A bezeichnet sind. Weitere Meßköpfe können an die Klemmen der übrigen Positionen 2, 3 und 4
der Schaltvorrichtung 31 angeschlossen werden. An der Position 2 der Schaltvorrichtung ist eine Prüfvorrichtung
30 eingezeichnet. Diese enthält ein Widerstandsnetzwerk, mit dem die elektrischen Eigenschaften des
Meßkopfes 11 für den Fall nachgebildet werden, daß
die Probeneiektrode 21 (Flußstahl) einer Korrosion von 10/1000 eines Zolls pro ]ahr unterliegt. Wie gesagt,
kann die Schaltvorrichtung 31 auf beliebige Weise betätigt
werden. Vorzugsweise ist sie jedoch in die übrige Schaltanordnung des Meßgeräts über einen Zeitgeber
33 eingegliedert. Der Zeitgeber 33 kann in beliebiger Weise ausgebildet sein, wie z. B. in Gestalt einer Schaltuhr,
um gleichzeitig oder nacheinander mehrere Schalter zu betätigen bzw. Schaltvorgänge auszulösen.
F i g. 2 gibt die Schaltungsanordnung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Korrosionsgeschwindigkeitsmessers
wieder. Die Elektroden 21, 22 und 23 des Meßkopfes 11 sind, wie gesagt, über die
Leiter 26 bis 29 und die Schaltvorrichtung 31 mit den Klemmen R, T. A und Masse der Schaltungsanordnung
verbunden. Die Schaltungsanordnung enthält einen Trennverstärker 36. dessen Eingang innerhalb eines
Stromkreises mit der Probenelektrode 21 und der Bezugselektrode 22 liegt. Dieser Trennverstärker stellt
eine Spannungsfolgeschaltung mit einer hohen Impedanz am Eingang dar, um die Elektroden 21 und 22
elektrisch von der restlichen Schaltung zu trennen. Vorzugsweise findet zu diesem Zweck ein Differentialeingangs-Operationsverstärker
Verwendung. In diesem Fall hat der Verstärker 36, wie gezeigt, einen ersten
Eingang 37 und einen zweiten Eingang 38, die mit den Klemmen R bzw. Γverbunden sind. Genauer gesagt ist
der Eingang 37 mit der Klemme R über einen Strombegrenzungswiderstand 39 verbunden. Ein Potentiometer
41 ist mit den Klemmen ß+ und B- einer nichtgezeigten Abgleichspannungsquelle, beispielsweise einer Batterie,
verbunden. Von dem Abgriff 42 dieses Potentiometers führt ein Widerstand 43 zu der Klemme R. Mit
dem verstellbaren Abgriff 42 ist ein Abgleichstrom für den Eingang 37 einzustellen, mit dem ein jeglicher an
diesem Eingang sonst auftretender Strom kompensiert werden kann, der durch die Elektrode 22 fließen würde.
Bei von den Klemmen R, Tund A getrennten Elektroden 21, 22 und 23 wird der Abgriff 42 des Potentiome-
tcrs 41 so eingestellt, daß an dem Ausgang 44 des
Trennverstärkers 36 kein Signal auftritt. Das bedeutet, daß auch an den Eingang 37 des Verstärkers in diesem
Fall kein Strom gelangen darf.
Der Ausgang 44 des Verstärkers ist an den Eingang 38 rückgekoppelt. In dem Rückkopplungskreis befindet
sich ein Widerstand 45 zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 36 auf einen Wert, der
ausreicht für den Betrieb als Ausgangsverstärker für den Ausgang 44. Normalerweise wird ein Vcrstärkungsfaktor
von etwa 50 000 für den Verstärker 36 geeignet sein. Der Eingang 38 des Verstärkers ist weiterhin
über eine gemeinsame Impedanz, wie z. B. den Widersland 47. mit der Klemme T verbunden. Der
Widerstand 47 in Verbindung mit dem Rückkopplungskreis ergibt einen gemeinsamen Signalpfad zwischen
dem Eingang 38 und der Klemme T. Auf diese Weise erscheint die gesamte Potentialdifferen/ zwischen den
Klemmen R und Tals Spannungssignal an dem Widerstand 47. ao
Der Verstärker 36 ist mit einer Stromquelle verbunden, wie z. B. derjenigen aus Fig.4 mit den Klemmen
B+ und B-. Ein Einstellwiderstand 48 an dem Verstärker
36 erlaubt es, statische, d. h. nicht zu dem Signal gehörende Spannungen zu kompensieren, die in den »5
Eingangs-Ausgangs-Kreisen auftreten können. Es ist ersichtlich, daß der Verstärker 36 eine nichtinvertierende
Spannungsfolgeschaltung darstellt. Das an den Klemmen R und Tauftretende Spannungssignal ruft an
den Verstärkereingängen 37 und 38 eine Potentialdifferenz hervor. Infolgedessen liefert der Verstärker 36 an
seinem Ausgang 44 ein Ausgangssignal, das für diese Potentialdifferenz bezeichnend ist.
Das Ausgangssignal aus dem Verstärker 36 wird über eine Steuerimpedanz, im gezeigten Fall den
Widerstand 46. einem Eingang 52 eines Ausgangsverstärkers 51 zugeführt. Der Ausgangsverstärker 51 kann
von jder beliebigen Form sein, die geeignet ist. in ihrem Ausgangskreis einen Strom mit bestimmter Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal aus dem Trennverstärker 36 hervorzurufen, das über die Steuerimpedanz 46 anliegt.
Genauer gesagt kann der Verstärker 51 ebenfalls aus einem Differentialeingangs-Operationsverstärkcr
bestehen, der außer dem Eingang 52 an dem Widerstand 46 einen weiteren Eingang 53 in Verbindung mit
der Klemme Tbesitzt. Auch hier ist der Verstärkereingang 52 mit dem Ausgang 54 des Verstärkers durch
einen Rückkopplungskreis verbunden. Der Rückkopplungskreis enthält einen Rückkopplungswiderstand 56.
durch den der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 51 so bestimmt wird, daß er ausreicht zur Erzeugung eines
Ausgangsstromes, der die bestimmte Polarisierungsspannung zwischen den Elektroden an den Klemmen K
und Γ zur Folge hat In diesem Falle erscheint ein Verstärkungsfaktor von etwa 20 000 geeignet. Bei der übli-
chen Messung der Korrosionsgeschwindigkeit sollte der Ausgang 51 des Verstärkers einen Strom von etwa
5.5 Miliampere hervorbringen. Das heißt, daß der Aus
gangsverstärker 52 ein Spannungs-, Strom- oder Lei stungsverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor sein
kana
Der Eingang 52 des Verstärkers 51 ist in bezug auf Gleichstromsignale von dem Ausgang 44 des Verstärkers 36 durch einen Kondensator 57 in Serie mit zueinander parallelea entgegengesetzt gerichteten Elektro-
den 58 und 59 entkoppelt Der Kondensator 57 und die Dioden 58 und 59 liefern vom Ausgang 44 des Verstärkers 36 her außerdem eine entgegengerichtete Kück-
kopplungsspannung zur .Stabilisierung der Arbeitsweise. Der Rückkopplungswiderstand 56 ist durch einen
Kondensator 61 überbrückt, mit dem die Spitzen des Ausgangssignals aus dem Verstärker 36 abgeschnitten
werden. Weiterhin sind zwei gegenpolig hintcreinandergcschaltetc Zenerdioclcn 62 mit einem Paar einander
cntgcgcngerichtcter Elektroden 63 in einem zu dem Widerstand 56 und dem Kondensator 61 parallelen
Kreis hintereinandergeschahet. Hierdurch wird die sich am Verstärkerausgang 54 einstellende Spitzonspannung
auf einen Wert begrenzt, bei dem der Versiärker
51 nicht in den Sättigungsbereich gerät. Beispielsweise schützt ein maximaler Spannungsabfall von
C'iwa 10 Volt an dem RücUkopplungswiderstand 56 den
Verstärker 51 davor, bei großen Eingangssignalen in den Sättigungszustand zu geraten. Der Verstärker 51
ist ein invertierender Verstärker in bezug auf das Ausgangssignal
aus dem Verstärker 36.
Der Ausgang 54 des Verstärkers 51 tritt zeitweise in einem Schaltkreis mit einer Signalkorreklureinrichtung
66 und in einem zweiten Schaltkreis mit der Elektrode 2'Λ an der Klemme A in Verbindung, wobei der Stromkreis
mit der Elektrode 21 über den Leiter 29 und Masse geschlossen wird. Genauer gesagt wird das Ausgangssignal
aus dem Verstärker 51 über einen Schalter
67 in dessen Null-Position über einen Widerstand 68 der Signalkorrektureinrichtung 66 zugeleitet. Nimmt
der Schaller 67 seine Arbeits-Siellung ein. so gelangt
dtis Ausgangssignal aus dem Verstärker 51 über einen
Bereichseinslellwiderstand 69 und einen Schalter 71,
der dann ebenfalls seine Arbeitsstellung einnimmt, zu
der Klemme A der Schaltungsanordnung. Der Schalter
71 verbindet in seiner Arbcits-Stellung den zweiten Schaltkreis mit einer Dämpfungswiderstandskette. Ein
dem Eingang 52 des Verstärkers 51 zugeleiteter Signalsliom
ruft am Ausgang 54 des Verstärkers einen bestimmten Ausgangsslrom hervor. Die verschiedenen
den Verstärker 51 umgebenden Bauelemente dienen nur dazu, daß der Strom am Ausgang 54 des Verstärkers
in geeigneten Grenzen bleibt, um die bestimmte Pclarisicrungsspannung zwischen den Elektroden 21
und 22 hervorzurufen. Das Ausgangssignal am Ausgang 44 des Verstärkers 36 wird durch den Widerstand 46 in
ein Stromsignal umgewandelt, mit welchem der Verstärker 51 angesteuert wird. Da.her liefert das .Spannungsausgangssignal
aus dem Trennverstärker 36 einen bestimmten Strom an den Eingang 52 des Ausgangsverstärkers
51. Beispielsweise ruf! die freie Korrosionsspannung zwischen den Klemmen A und T ein bestimmtes
Ausgangssignal an dem Verstärker 36 hervor. mn dem der Verstärker 51 so angesteuert wird, daß der
an seinem Ausgang 54 auftretende Strom der Probenelektrode 21 gerade das freie Korrosionspotential zu
verleihen vermag.
Der Verstärker 51 als Teil einer Gleichstromquelle
für die Klemme A ist mit einer geeigneten Stromquelle, wie beispielsweise der in F i g. 4 gezeigten mit den
Klemmen B+ und B-. verbunden. Ein Einstellwidcrstand 64 in Verbindung mit dem Verstärker 51 kann
dazu Verwendung finden, eine statische, nicht zum Signal
gehörige Spannung in dem zugehörigen Eingangs-Ausgangskreis zu kompensieren.
Die Signalkorrektureinrichtung 66 kann jede geeig nete Form besitzen, enthält jedoch vorzugsweise einen
Differentialeingangs-Operationsverstärker 76 mit
einem ersten Eingang 77. der über den Widerstand 68 und den Schalter 67 mit dem Ausgang 54 des Verstär
kers 51 verbunden ist Ein /weiter Einsam» 7« Ar*. VfT.
stärkcrs 76 sieht über einen Widerstand 74 mit der
Klemme 7" der Schaltungsanordnung in Verbindung. Der Verstärker 76 besitzt einen Verstärkungsfaktor
von mehr als 50 000, wobei ein Rückkoppkingskreis wiederum seinen Ausgang 79 mit seinem Eingang 77
verbindet. Der Rückkopplungskrcis enthält einen Kondenstor
811 als Speicher für das Korrektursignal. Genauer gesagt ruft der durch den Widerstand 68 fließende
Strom am Eingang 77 des Verstärkers 76 ein Signal hervor, das durch den Verstärker in ein Korrcklursignal
umgewandelt wird, welches in dem Kondensator 81 gespeichert wird. Dieves Korreklursignal steht in einer
bestimmten Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des. Verstärkers 51. die an dem Widerstand 68 anliegt.
Man erkennt, daß der Verstärker 76 als Korrektursignal ein invertiertes Signal liefert. Der Ausgang 79
des Verstärkers steht über einen Kopplungswiderstand 82 mit dem Eingang 38 des Verstärkers 36 in Verbindung.
Auf diese Weise ruft das Korrektursignal einen von dem Ausgang 79 des Verstärkers über den Wider- ao
stand 47 fließenden Strom hervor, der das dem Verstärker 36 zugeleitete Korrektursignal darstellt und an dem
Widerstand 47 einen Spannungsabfall zur Folge hat, der dem zwischen den Klemmen R und Tauftrciendcn
Signal entspricht. as
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Schaltelementen in Verbindung mil dem integrierenden Verstärker
76 ist der Verstärkereingang 78 über einen Kondensator 83 mil Ma11Sc verbunden, um Gleichstromsignalc
auszuschließen. Der Verstärker 76 ist wiederum mit einem Einstellwiderstand 84 ausgerüstet und mit einer
geeigneten Stromquelle, wie z. B. der in F i g. 4 gezeigten, verbunden.
Befindet sich der Schaller 67 in der Null-Position, so
arbeitet die Signalkorrektureinrichtung 66 in folgender Weise: Die freie Korrosionsspannung (einschließlich
des Spannungsabfalls in dem Leiter) tritt zwischen den Klemmen R und T"ebenso wie an dem Verstärkereingang
37 in Erscheinung. Infolgedessen tritt an dem Verstärkerausgang 44 ein für diese Spannung bezeichnendes
Ausgangssignal auf. das durch den Widerstand 46 in ein Strornsignal umgewandelt wird. Dieses letztere ruft
an dem Ausgangsverstärker 51 ein Ausgangs-Stromsignal hervor, welches in bestimmter Beziehung zu der
genannten F.ingangsspannung steht. Dieses Stromsignal erzeugt in dem Widerstand 68 ein Spannungssignal, das
am Ausgang 79 des integrierenden Verstärkers 76 ein in dem Kondensator 81 gespeichertes Korrektursignal
zur Folge hat. Dieses Korrektursignal bewirkt einen bestimmten Stromfhiß durch den Widerstand 47. der
das Korrektursignal für den Eingang 38 des Verstärkers 36 bzw. einen entsprechenden Spannungsabfall
hervorruft. Dieser Spannungsabfall entspricht der freien Korrosionsspannung, die zwischen den Klem
men R und T, d. h. am Eingang 37. zu verzeichnen ist.
Damit wird das Ausgangssignal des Verstärken 36 zu Null, indem die Potentialdifferenz zwischen den Eingängen 37 und 38 kompensiert wird. Auch am Ausgang
des Verstärkers 51 tritt somit kein Signal auf. so daß weiterhin die Eingänge 77 und 78 des Verstärkers 76
kein Signal erhalten, jedoch kann das in dem Kondensator 81 gespeicherte Signal nicht verschwinden, da
zum einen der Verstärker 76 das gewünschte Stromsi gnal an seinem Ausgang 79 weiterhin dem Widerstand
47 zuleitet und zum anderen durch den Widerstand 68 kein Strom fließen kann, um den Kondensator 81 zu
entladen. Auf diese Weise also erfährt der Ausgang des Verstärkers 36 einen automatischen Nullabgleich.
durch den das Ausgangssignal des Verstärkers 36 zu Null wird, an dessen Eingang keine Signalkomponente
auftritt, die der freien Korrosionsspannung zwischen der Proben- und der Bezugselektrode entspricht.
Bei der hier betrachteten Ausführungsform des Geräts wird auf den Eingang 52 des Verstärkers 51 über
den Summierungspunkt 86 während des Abgleichs ein Bezugsstrom gegeben. Dieser Bezugsstrom hat eine
solche Größe, daß der Strom am Ausgang 54 des Verstärkers 51 eine Komponente erhält, die der bestimmten
Polarisierungsspannung entspricht, welche zwischen der Proben- und der Bezugselektrode auftritt.
Beispielsweise ist bei in der Null-Position befindlichem Schalter 67 eine bestimmte Ausgangsslromkomponentc
erforderlich, die durch den Widerstand 68 fließt, um — zusätzlich zu der Komponente aus der freien Korrosionsspannung
— einen zusätzlichen Wert herbeizuführen, der für die bestimmte Polarisierungsspannung zwischen
der Proben- und der Bezugselektrode bezeichnend ist. Genauer gesagt sind in dem von der Signalkorrektureinrichtung
66 gelieferten Korrektursignal beide Komponenten enthalten. Infolgedessen liefert
das an dem integrierenden Verstärker 76 eintreffende Signal ein Korrektursignal mit Komponenten aus der
freien Korrosionsspannung und der bestimmten Polarisierungsspannung. Beispielsweise ruft, wenn die bestimmte
Polarisierungsspannung, die zwischen der Proben- und der Bezugselektrode auftritt, 10 Millivolt beträgt,
das Korrektursignal (im Arbeitsbetrieb) an dem Widerstand 47 einen Spannungsabfall von 10 Millivolt
zusätzlich zu der betreffenden freien Korrosionsspannung zwischen den Elektroden hervor.
Das dem Summierungspunkt 86 zugeführte Bezugsstromsignal
kann aus jeder beliebigen geeigneten Stromquelle erhalten werden. Eine solche ist in F i g. 5
wiedergegeben und wird nachfolgend noch beschrieben. Die Stromquelle kann Abgriffe positiver und negativer
Spannung + Vr und - Vr aufweisen, die über einen Schalter 87, einen Signalleiter 88, einen weiteren
Sehalter 89 und einen Strombegrenzungswiderstand 91 mit dem Summierungspunkt 86 in Verbindung gebracht
werden können. Über einen Kondensator 90 können Schalistromslöße zur Masse hin abfließen. Der Schalter
87 gestattet es, dem Ausgangsverstärker 51 sowohl eine positive als auch eine negative Bezugsspannung
zuzuführen, so daß der an seinem Ausgang erscheinende Strom entweder eine kathodische oder eine anodische
Polarisierung der Elektroden herbeizuführen vermag. Der Schalter 89 hingegen bewirkt, daß die Bezugsspannung
nur im Null- oder Abglcichbetrieb an den Verstärker 51 gelangen kann.
In diesem Falle also gelangt die Bezugsspannung über den Widerstand 91 zum Summierungspunkt 86
und von dort über den Eingang 52 in den Verstärker 51. Das damit hervorgerufene bestimmte Stromsignal ruft
an dem Ausgang 54 des Verstärkers einen ebenso bestimmten Strom hervor, der die Komponente der bestimmten Polarisierungsspannung darstellt, die ein ent
sprechendes Signal an dem Widerstand 68 zur Folg« hat. Der Verstärker 76 wandelt die zusätzliche Kompo
nentc unter Integrierung in das Korrektursignal um das in dem Kondensator 81 gespeichert wird. Diese
Korrektursignal ruft, wie gesagt, in dem Widerstand 4;
eine Stromkomponente hervor, die einen der freiei Korrosionsspannung und der bestimmten Polarisie
rungsspannung zwischen den Elektroden entsprecher den Spannungsabfall zur Folge hat. Daher ist die Grc
Bc des am Ausgang 44 des Verstärkers 36. auftretende
5096Π/13:
Spaniuingxsignals groß genug, um die durch den Widerstand
45 hindurchtretende Stromkomponente auf Grund der bestimmten Polarisicrungsspannung zu unterdrücken.
Dies führt zu einem zweiten Ausgangssignal am Ausgang 44, welches nur für die bestimmte
Polarisierungsspannung zwischen der Proben- und der Bezugselektrode bezeichnend ist. Das zweite Ausgangssignal,
das über den Widerstand 46 wcitergcleitet wird, wirkt dem Bezugsstrom von dem Summierungspunkt
86 entgegen, wodurch das Ausgangssignal an dem Verstärker 51 praktisch zu Null wird.
Bei der beschriebenen Ausführungsform des Korrosionsgeschwindigkeitsmessers
nach K i g. 2 ist ersichtlich, daß der Verstärker 51 als Summierungsverstärkcr
fungiert, dessen eines Eingangssignal über den Wider stand 46 und dessen anderes in Gestalt des Bezugsstromsignals
über den Widerstand 91 zugeleitet wird. Wie gesagt, ist der Verstärker 51 invertierend, so daß
an seinem Ausgang ein um 180" phasen verschobene·) Signal gegenüber demjenigen an seinem Eingang 52 er- ao
scheint. Ebenso ist der Verstärker 76 invertierend, so daß auch an seinem Ausgang ein gegenüber dem Signa!
an dem Widerstand 68 durch den Ausgangsstrom von dem Verstärker 51 hervorgerufenen Signal um 180"
phasenverschobenes Signal erscheint. Daher tritt an dem Widerstand 47 wiederum ein phasenrichtiges Signal
auf, das dem invertierenden Eingang 38 des Verstärkers 36 zugeführt wird und dessen Ausgangssignal
veranlaßt, von dem erstgenannten zu dem zweiten Ausgangssignal mit solcher Phasenlage überzugehen, daß
das Bezugsstromsignal von dem Summierungspunkt 86 kompensiert wird. Die durch das Korrektursignal an
dem Widersland 47 hervorgerufene Spannungsänderung des Ausgangssignals aus dem Verstärker 36 entspricht
gerade dem Wert, der durch den Widerstand 46 weitergegeben wird, um das von dem Summierungspunkt
86 stammende Bezugsstromsignal zu kompensieren, welches das Signal an dem Eingang 52 des Verstärkers
51 zu Null macht. Daher wird auch das am Ausgang 54 des Verstärkers 51 erscheinende Signal praktisch
zu Null. Auf diese Weise ist die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 nun in Bereitschaft, die tatsächliche
Messung der Korrosionsgeschwindigkeit durchzuführen.
Nun werden die Schalter 67. 71 und 89 in die Arbeits-Position
gebracht. Dabei hält der Kondensator 81 das gespeicherte Korrektursignal am Eingang 77 aufrecht.
Der Verstärker 76 wiederum führt dem Widerstand 47 den gleichen Strom zu, der an dem Eingang 38 des Verstärkers
36 zu einer Korreklurspannung führt, die der freien Korrosionsspannung und der bestimmten, zwischen
der Proben- und der Bezugselektrode auftretenden Polarisierungsspannung entspricht. Daher geraten
die Eingänge 37 und 38 des Verstärkers 36 um die Größe der bestimmten Polarisierungsspannung aus dem
Gleichgewicht. Als Folge davon wiederum erscheint am Ausgang 44 des Verstärkers 36 ein Signal, das über
den Widerstand 46 weitergeleitet wird und dabei die Gestalt eines Stromsignals an dem Eingang 52 des Verstärkers 51 annimmt. Dieses Signal ruft am Ausgang 54
des Verstärkers ein Stromsignal für die Hilfselektrode 23 hervor, die mit der Klemme A verbunden ist.
Dieser Strom am Ausgang 54 tritt durch den zweiten Schaltkreis zwischen der Probenelektrode 21 und der
Hilfselektrode 23 hindurch und erzeugt dabei eine Polansierungsspannung zwischen den Elektroden 21 und
22. Diese Spannung erscheint an den Klemmen R und T der Schaltungsanordnung. Wenn das Stromsignal am
Ausgang 54 praktisch diejenige Größe erreicht hat, dii zur Erzeugung der bestimmten Polarisierungsspan
nung, beispielsweise 10 Millivolt, führt, haben auch dii beiden Eingänge 37 und 38 des Verstärkers 36 dasselbi
Potential angenommen. Nun ändert sich der Wert de am Ausgang 44 des Verstärkers 36 auftretenden Span
nungssignals so, daß ein zweites Ausgangssignal erhal
ten wird, das über den Widerstand 46 zu einem Strom signal am Summierungspunkt 86 des Einganges 5:
wird. Mit diesem .Stromsignal wird der Verstärker 51 s< ausgesteuert, daß an seinem Ausgang ein Strom solche
Größe auftritt, die /ur Erzeugung der bestimmten PoIa
risierungsspannung an den Elektroden erforderlich ist.
Wie erwähnt, führt der dem Summierungspunkt 81 beim Null- oder Abglcichbetrieb ziigel'ührte Strom zu
Festlegung des Ausgangssignals des Trennverstärker· 36 während des Arbeits-Betriebes auf einen solchei
Wert, daß am Summierungspunkt 86 am Eingang 5; des Ausgangsverstärkers ein identisches Stromsigna
mil tritt. Auf diese Weise liefert der Ausgangsverstärke
51 unabhängig von der Außenimpcdanz am Ausganj 54 an die Klemme A einen Strom derjenigen Größe
der erforderlieh ist. um die bestimmte Polarisicrungs spannung zwischen der Proben- und der Bezugsclek
trode zu erzielen. Man erkennt, daß mit der beschriebe nen Schaltung die gleiche Beziehung zwischen den
Ausgangssignal des Trennverstärkers 36 und dei Stromsignalen am Eingang 52 des Ausgangsverstärker
51 beim Null- oder Abgleichbetrieb ebenso wie bein Arbeits-Betrieb erhalten wird. Es tritt also keine Vcrän
clcrung der Impedanz oder des relativen Signalniveau beim Übergang von dem einen auf den anderen Be
triebsz.ustand auf. Dies führt zu einer großen Betriebs Stabilität bei dem erfindungsgemäßen Korrosionsge
schwindigkeitsmesser.
Beim Null-Betrieb besitzt der Trennverstärker 3( einen Verstärkungsfaktor Au der sich durch den Wer
der Widerstände 45 so bestimmt, daß das Ausgangssi gnal fii gleich der Potentlaldifferenz zwischen den Ein
gangen 37 und 38 multipliziert mit dem Verstärkungs faktor A\ ist. Beispielsweise kann das Ausgangssigna
to bei einer Poteniialdifferenz von 10 Millivolt zwi
sehen den Eingängen 37 und 38 ± 1 bis 3 Volt betra gen.
Beim Null-Betrieb besitzt der Ausgangsverstärker 51 einen Verstärkungsfaktor von etwa 20 000. Die Summt
der Ströme am Summierungspunkt 86, der auch ar Masse liegt, ist null. Das Ausgangssignal ß>. das übei
die Stcuerimpedanz 46 zugeführt wird, bewirkt da; Verschwinden des Bezugsstromsignals /s von dem Ein
gang 52. Daher tritt an dem Widerstand 46 ein Span
nungssignal des Wertes £b//sauf. Wenn beispielsweise
fi> + 2.75 Volt und das Bezugsstromsignal Is 5.5 Mikro
ampere beträgt, so muß der Widerstand 46 einen Wen von 5000 Ohm besitzen.
Das Bezugsstromsignal Is am Eingang 52 des Aus
gangsverstärkers 51 ergibt in dem Kondensator 81 eir Signal der Korrektureinrichtung 66. das in dem Wider
stand 47 einen Strom hervorruft, der einen der freier Korrosionsspannung zwischen den Elektroden 21 und
22 und der bestimmten Polarisierungsspannung entsprechenden Spannungsabfall zur Folge hat. der beispielsweise 10 Millivolt betragen kann. Die Parameter
der Signalkorrektureinrichtung 66 und aer damit zusammenhängenden Bauteile, insbesondere des Widerstandes 47. werden demgemäß gewählt. Aus diesem
Grund besitzt das Ausgangssignal Eo genau diese Größe, die. durch die Steuerimoedan? 46 weiterreleitet. zur
beseitigung des I3e/ugsstronisignals Is am Summicrungspunkt
86 und damit am Eingang 52 des Ausgangsverstärkers 51 führt.
Beim Arbeits-Betrieb verschwindet das Be/.ugsstromsignal
Av vom Summierungspunkt 86, während das Korrcklursignal /um Verschwinden der beiden Komponenten
der freien Korrosionsspannung und der bestimmten Polarisierungsspannung aus dem Ausgangssignal
des Trennverstärkers 36 führt. Wenn ein Strom vom Ausgang 54 des Ausgangsverstärkers 51 über die
Elektrode 23 fließt, um die Elektroden 21 und 22 mit
der bestimmten Polarisierungsspannung zu polarisieren, ruh das Ausgangssignal des Trennverstärkers 36,
welches über die Steuerimpedanz 46 fließt, am Eingang 52 des Ausgangsverstärkers 51 ein .Stromsignal hervor,
mit dem diejenige Stromgröße erzeugt wird, die das Aultreten der bestimmten Polarisierungsspannung /wischen
der Bezugs- und der Probenelektrode zur Folge hat. Dies wird erreicht, da das Ausgangssignal fi>
aus dem Trennverslärker 36 eine bestimmte Abhängigkeit von dem Strom am Ausgang 54 des Ausgangsverstärkers
51 besitzt, die von dem während des Null-Betriebes zur Abstimmung der Schaltungsanordnung verwendeten
Bezugssiromsignal abhängt. Die Steuerung des Ausgangsverstärkers mit einem von einem Strom hervorgerufenen
Spannungssignal führt zu einer bedeutenden Verbesserung des Steuerwirkungsgrades und der
Stabilität gegenüber Versuchen, unmittelbar eine ähnliche Funktion durch Variierung von Millivolt-Signalen
in hochempfindlichen Schaltkreisen von Spannungsverstarkem zu erzielen.
Der von dem Eingangskreis hoher Impedanz des Trennverstärkers 36 gebildete Spannungskreis ist von
d?m Stromkreis, in welchem der Ausgang 54 des Ausgangsverstärkers
51 zusammen mit der Elektrode 23 liegt, wirksam getrennt. Das heißt, daß die Klemme T
der Schaltungsanordnung von dem Leiter 29 getrennt ist. welcher der Elektrode 21 Strom zuführt. Die Eingänge
37 und 38 des Trennverstärkers 36 sind gegenüber widcrstandsbedingtcn Spannungen aus dem
Strom am Ausgang 54 des Verstärkers 51 vollkommen entkoppelt. Infolgedessen werden die widerstandsbedingten
Spannungen /wischen den Klemmen R und T von dem Strom am Ausgang 54 des Ausgangsverstärkers
nicht beeinflußt. Daher kann das den Meßkopf 11
mit der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 verbindende Kabel 24 unabhängig von den darin auftretenden
widerstandsbedingten Spannungsabfällcn jede beliebige Länge erhalten. Beispielsweise erseheinen die gleichen
widerstandsbedingten Spannungsabfälle in den Leitern 26 und 27 und treten an den beiden Klemmen R
und Γ der Schaltungsanordnung auf. In dem vom Eingangskreis des Trennverstärker«. 36 gebildeten Spannungskreis stellen die widerstandsbedingten Spannungen konstante Größen dar, die in die freie Korrodie-
rungsspannung eingehen und die Arbeitsweise des Trennverstärkers 36 nicht beeinflussen.
Der Strom am Ausgang 54 des Ausgangsverstärkers im Arbeits-Betneb kann auf jede geeignete Weise angezeigt werden. Vorzugsweise wird der Ausgangsstrom
des /weiten Schaltkreises durch ein Ausgabegerät gemessen, da er die bestimmte Polarisierungsspannung
zwischen der Proben und der Bezugselektrode hervorruft. Dieser Strom hängt, wie noch genauer in der
USA.-Patentschrift 3 406 101 beschrieben, mit der an
der Probenelektrode 21 festzustellenden Korrosionsgeschwindigkeit zusammen. Vorzugsweise finde» ein Ausgabegerät Verwendung, mit dem die Impedanz des
zweiten, mit der Elektrode 2.3 verbundenen Schaltkreises nicht verändert wird. Zu diesem Zweck kann ein
Spannungsfolgeverstärker % mit dem Verstärkungsfaktor 1 Verwendung finden. Auch der Verstärker 96
ist vorzugsweise ein Differentialeingangs-Operationsvcrstärker und besitzt einen ersten Eingang 97, der
über einen Signalbildungswidcrstand 98 im zweiten Schaltkreis und über den Schalter 67 mit dem Ausgang
54 des Ausgangsverstärkers 51 verbunden ist. Der daraus hervorgehende Strom ruft am Eingang 97 eine entsprechende
Spannung hervor. Infolge davon erzeugt der Verstärker 96 an seinem Ausgang 99 ein entsprechendes
Ausgangssignal. Über einen Rückkopplungswiderstand 101 wird dieses Ausgangssignal dem /.weiten
Eingang 102 des Verstärkers zugeleitet. Der Rückkopplungswiderstand 101 besitzt eine solche Größe,
daß im Verstärker 96 praktisch der Verstärkungsfaktor 1 erreicht wird. Das am Ausgang 99 auftretende
Ausgangssignal gelangt über eine Kette aus den Widerständen 103, 104 und 105 zur Masseklemme der Schaltungsanordnung.
Ein mit einem Eichwiderstand 107 in Serie geschaltetes Amperemeter 106 ist durch den
Schalter 67 wechselweise mit einem Ende des Widerstandes 103 und mit dem zweiten Schaltkreis zu verbinden.
In Verbindung mit einem Umpolungsschalter 94 gestattet es das Amperemeter 106, den in dem zweiten
Schaltkreis mit dem Ausgang 54 des Verstärkers 51 fließenden Strom abzulesen, gleichgültig, ob er kathodisch
oder anodisch ist. Der Verstärker 96 weist weiterhin den üblichen Einstcllwiderstand 108 und eine geeignete
Verbindung mit einer Stromquelle auf, wie z. B. der in F i g. 4 dargestellten mit den Klemmen ß+ und
S-.
Der soweit beschriebene Korrosionsgeschwindigkeitsmesser
kann indessen auch mit einem automatisch aufzeichnenden Gerät betrieben werden, wie es in
F i g. 3 angedeutet ist. Zu diesem Zweck ist ein erster Anschluß 109 an der Verbindungsstelle zwischen den
Widerständen 104 und 105 und ein zweiter Anschluß t II, der über einen Widerstand 110 mit Masse verbunden
ist. in Serie mit einem Schaller 112 vorgesehen, der diesen zweiten Ausgang in der Arbeits-Position über
einen Widerstand 113 mit dem zweiten Schaltkreis am Ausgang 54 des Verstärkers 51 verbindet. Gleichzeitig
tritt dieser über einen Bereichswiderstand 69 und einen Schalter 136 mit der Klemme A und dem Verstärker 96
in Verbindung. Der Schalter 112 verbindet den Anschluß 111 während des Null-Betriebes mit dem Ausgang
79 des Signalkorrekturverstärkers 76 zwischen den Widerständen 114 und 116. Die Widerstandskette
in Verbindung mit dem Schalter 112 dient zur Spannungsteilung, um eine konstante Ausgangsimpedanz für
das Aufzeichengerät 117 sowohl im Null- als auch im Arbeitsbetrieb aufrechtzuerhalten.
Das Aufzeichengerät 117 kann von jeder geeigneten
Ausführung sein, wie beispielsweise einer solchen, die eine Aufzeichnung auf einer Karte 124 in Abhängigkeit
von einem veränderlichen Spanmingssignal am Eingang liefert. Als solches Gerät kommt beispielsweise
das unter der Bezeichnung 680 Autograph von M ο s I e y vertriebene in Betracht. Dieses Gerät vermag positive und negative Eingangsspannungen in
Symmetrie zu einem Mitteleingang aufzunehmen. Daher gibt die Karte 124 in diesem Falle anodische wie
kathodische Korrosionsgeschwindigkeiten zu erkennen, je nach der Richtung des in dem zweiten Schaltkreis an dem Ausgang 54 des Verstärkers 51 fließenden
Stroms.
Das Aufzeichengerät 117 vermag die freie Korrosionsspannung wiederzugeben, die durch das erste Ausgangssignal
des Trennverstärkers 36 repräsentiert wird. An den Anschluß 111 gelangt, wenn sich der
Schalter 112 in seiner Null-Position befindet, ein sich an
den Widerständen 114 und 116 bildendes Signal aus dem Korrektursignal, welches vom Ausgang 79 des
Verstärkers 76 stammt. Das dem Widerstand 47 zugeführte Korrektursignal weist Komponenten auf, die der
freien Korrosionsspannung wie auch der bestimmten Polarisierungsspannung entsprechen, die sich zwischen
den Elektroden des Meßkopfes 11 einstellt. Die der bestimmten
Polarisierungsspannung entsprechende Komponente wird von dem Anschluß 109 für das Aufzeichengerät
durch ein Kompensationssignal ferngehalten. Zu diesem Zweck verbindet der Schalter 71 in der
Null-Position den Eingang 97 des Verstärkers % über einen Schalter 118 und eine Kettenschaltung aus den
Widerständen 119, 121 und 122 mit der Bezugsspannungsquelle. Während des Auftretens eines Korrektur- ao
signals für den oberen Bereich, welches im Hinblick auf den Schalter 133 erwünscht ist. wird das Kompcnsationssignal
über einen Schalter 133 zur Masse abgeleitet. Das Kompensationssignal tritt nur beim Null-Betrieb
zwischen den Widerständen 119 und 122 der Bezugsspannungsquelle
auf. Es sorgt bei Zuführung zum Eingang 97 des Verstärkers 96 dafür, daß in dessen
Ausgangssignal diejenige Spannungskomponente verschwindet, die der bestimmten Polarisierungsspannung
auf Grund eines Bezugsstromsignals am Siimmierungspunkt
86 entspricht. Auf diese Weise erhalten die Anschlüsse 309 und 111 für das Aufzeichengerät im Null-Betrieb
nur die Korrektursignalkomponente, die einem der freien Korrosionsspannung entsprechenden Strom
am Ausgang 79 des Verstärkers 76 entspricht. So zeigt also die Aufzeichnung des Geräts 117 im Null-Betrieb
nur die freie Korrosionsspannung, die zwischen der Probenelektrode 21 und der Bezugselektrode 22 auftritt.
Das Amperemeter 106 hingegen zeigt im wesentlichen Null, da der Strom am Ausgang 54 des Verstärkcrs
51 beim Null-Betrieb im wesentlichen zu Null wird.
Mit der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 läßt sich
eine automatische Aufeinanderfolge des Null- und des Arbeits-Betriebes erzielen, ebenso wie anodischer und
kathodischer Betriebszuständc, durch Bedienung der Schalter 67, 71,89 und 112 bzw. 87. 94 und 118 über den
automatischen Zeitgeber 33. Die Betätigung der Schalter kann über mechanische Verbindungsglieder oder
durch Relaiswicklungen erfolgen. Auch können SCR-Gleichrichter die Schaltfunktionen erfüllen. In der Darstellung
geht von dem Zeitgeber 33 eine Anzahl gestrichelter Linien ab. welche die Verbindungen zu den einzelnen
Schaltern symbolisieren. Die Schaltungsanordnung kann mit jeder beliebigen Funktionsfolge betrieben
werden. Beispielsweise kann der Zeitgeber 33 dazu Verwendung finden, die verschiedenen Schalter einmal
beim Auftreten einer positiven Bezugsspannung von ihrer Null- in die Arbeitsposition zu bringen, um am Summierungspunkt
86 ein Bezugsstromsignal zu erzeugen. mit dem die resultierende Polarisierung der Elektroden
eine anodische Korrosionsgeschwindigkeitsbestimmung zuläßt, und ein anderes Mal mit einer negativen
Bezugs.spannung, die zur Erzeugung eines Bczugsstromsignals
am Summicrungspunkt 86 führt, welches eine kathodischc Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkcit
ermöglicht. Diese Funktionen können zunächst für die Prüfvorrichtung 30 und dann für den
Meßkopf M erfolgen, die beide an die Schaltvorrichtung
31 angeschlossen sind. Zusätzlich zu diesen Funktionen kann eine kleine Zeitverzögerung erwünscht
sein, wenn die Schalter von ihrer Arbeits- in die Null-Position geführt werden, so daß jede zurückbleibende
Polarisierungsspannung zwischen den Elektroden 21 und 22 Zeit findet zu verschwinden. Auf diese Weise ist
zu Beginn eines jeden Arbeitsspiels nur die freie Korrosionsspannung vorhanden, die zwischen diesen Elektroden
auftritt, wenn die Schalter ihre Null-Position einnehmen.
Bei einem solchen Funktionsablauf liefert das Aufzeichengerät 117 eine Aufzeichnung, wie sie auf der Karte
124 in F i g. 6 dargestellt ist. Die Aufzeichnung beginnt am oberen Rand der gezeigten Karte und setzt sich mit
der Zeit nach unten hin fort. Die Karte 124 gibi die eben beschriebene typische Funktionsweise der Schaltungsanordnung
nach F i g. 2 wieder.
Die Prüfvorrichtung 30 tritt mit den Klemmen R. 7; A und Masse in der Position 2 der Schaltvorrichtung 31
während des Null-Betriebs in Verbindung. Als reine Widerstandskette liefert die Prüfvorrichtung kein Ausgangssignal,
das einer freien Korrosionsspannung entsprechen würde. Daher weist die Karte 124 für eine
kurze Zeil, beispielsweise 20 Sekunden, einen Kurvenabschnitt
126 auf. der einem Eingangssignal von der Größe Null entspricht. Nun führt der Zeitgeber 33 die
einzelnen Schalter in ihre Arbeit«.-Position. Die Prüfvorrichtung
30 liefert nun infolge des Stromes im zweiten Schaltkreis am Ausgang des Verstärkers 51 eine
(anodische) Polarisierungsspannung zwischen den Klemmen R und T. die einer Korrosionsgeschwindigkeit
von lu/iooo Zoll pro Jahr entspricht. Der Verstärker
51 bringt einen Strom derjenigen Größe hervor, die erforderlich ist, um die bestimmte Polarisicrungsspannung
für eine Korrosionsgeschwindigkeit von "V1000
Zoll pro jähr zu erzeugen. Dieser Strom wird durch das Amperemeter 106 angezeigt, während das Aufzeichengerät
117 den Kurvcnabschnitl 127 aufzeichnet. Eine sehr geringe Kapazität in der Prüfvorrichtung 30 ist
verantwortlich für den abgerundeten Anfang des Kurvenabschnilts 127. Der »Arbeils-Abschniu« erstreckt
sich über die Dauer einiger Minuten, beispielsweise drei Minuten, um sicherzustellen, daß für die Ablesung
ein stabiler Zustand eingetreten ist.
Daraufhin betätigt der Zeitgeber 33 die Schaltvorrichtung 31, um den Meßkopf 11 in Verbindung mit den
entsprechenden Klemmen der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 zu bringen, und führt die betreffenden
Schalter in ihre Nüll-Position. Darauf erscheint die freie
Korrosionsspannung zwischen den Elektroden 21 und 22 an den Eingängen der Aufzeichenvorrichtung 117
und wird von dieser während eines bestimmten Zeitintervall von beispielsweise 20 Sekunden als Kurvenabschnitt
128 aufgezeichnet. Die Karte 124 kann eine Millivolt-Teilung aufweisen, so daß die freie Korrosionsspannung unmittelbar abgelesen werden kann. Diese
kann beispielsweise 20 Millivolt betragen. Nun führt der Zeitgeber 33 die betreffenden Schalter in ihre Arbeits-Position.
Darauf erzeugt der an der Klemme A erscheinende Strom aus dem Kreis mit den Elektroden
21 und 23 die bestimmte Polarisierungsspannung zwischen den Elektroden 21 und 22. Dieser Strom wird
von dem Amperemeter 106 ebenso wie von der Aufzeichenvorrichtung 117 angezeigt, in welcher auf der Karte
124 der Kurvenabschnitt 129 entsprechend etwa 1ViOOo Zoll pro Jahr aufgezeichnet wird. Eine bestimmte
minimale Kapazität innerhalb des Meßkopfes Π führt
dabei zu einer Spitze 131 am Anfang des Abschnittes
AO
129. Nach kurzer Zeit wird jedoch ein Gleichgewichtszustand
erreicht, in dem das aufgezeichnete Signal stabil wird.
Nun kann der Zeitgeber den oben angegebenen Positionsablauf wiederholen, wobei allerdings die Schalter
87 und 118 entsprechend einer negativen Bezugsspannung umgestellt werden, so daß der am Ausgang S4 des
Verstärkers 51 erscheinende Strom nunmehr eine kathodische Polarisation hervorruft. Der Ablauf vollzieht
sich im übrigen in der gleichen Weise, und die entsprechenden Kurvenabschnitte auf der Karte 124 sind
durch Hinzufügung von »a« gekennzeichnet. Da der betreffende Kurvenverlauf zu dem zuerst beschriebenen
im wesentlichen spiegelsymmetrisch ist. erübrigt sich eine weitere Beschreibung.
Generell geben die bei anodischer und kathodischer Messung der Korrosionsgeschwindigkeit ermittelten
Werte bei demselben Meßkopf 11 und einem bestimm
ten korrodierenden Medium gleiche Korrosionsgeschwindigkeiten zu erkennen. Dennoch können gewisse ao
Variationen auftreten. Es ist zu bemerken, daß die freie Korrosionsspannung, die durch die Kurvenabschnitte
128 bzw. 128a wiedergegeben wird, in beiden Fallen kathodisch ist. Indessen kann sie auch zuweilen anodisch
werden. Die beschriebene Schaltungsanordnung »5 wird weder davon beeinflußt, ob die freie Korrosionsspannung anodisch oder kathodisch ist. noch von ihrer
Größe. Das heißt, daß die Schaltungsanordnung nach F: i g. 2 eine automatische Korrektur der freien Korrosionsspannung
herbeiführt.
Es versteht sich, daß mit der aufgezeigten Schaltungsanordnung
auch andere Reihenfolgen eingehalten werden können. Beispielsweise kann der Zeitgeber 33
so ausgelegt sein, daß zunächst eine aufeinanderfolgende Messung bei allen möglichen Positionen der Schaltvorrichtung
31 erfolgt, bei welcher auf jede kathodische Korrosionsgeschwindigkeitsbestimmung eine anodische
folgt. Die Schaltungsanordnung ist so vielseitig, daß sie jede gewünschte Arbeitsfolge zuläßt, solange
der Zeitgeber 33 die erforderlichen Schaltschritte veranlassen kann.
Es kann erwünscht sein, für das dem Eingang 38 des Trennverstärkers zugeführte Korrektursignal verschiedene
Bereiche vorzusehen. Zu diesem Zweck kann, wie gezeigt, zu dem Widerstand 47 ein Parallelwiderstand
132 zuschaltbar sein, um, ungeachtet des gleichen in dem Kondensator 81 gespeicherten Signals, dem Eingang
38 ein geändertes Korrektursignal zuführen zu können. Mit dem Schalter 133 kann der Parallelwiderstand
132 von der Klemme T getrennt und mit dem Ausgang 79 des Verstärkers 76 verbunden werden,
wenn der Bereich des Korrektursignals geändert werden soll, da die Impedanz des Ausganges 79 praktisch
Null ist. In der Zeichnung nimmt der Schalter 132 seine Stellung für einen kleinen Bereich ein. Bei der Umschaltung
des Widerstandes 132 von der Klemme Γ zu dem Ausgang 79 wird die Impedanz des Einganges 38
des Verstärkers 36 nicht beeinflußt. Damit verbleibt der Widerstand 132 effektiv in Verbindung mit dem Eingang
38, ohne dessen Impedanz zu verändern. Beispielsweise ist bei der gezeigten Verbindung des
Widerstandes 132 entsprechend kleinem Bereich das Korrektursignal in der Lage, eine freie Korrosionsspannung bis zu einem Wert von etwa 100 Millivolt zu
kompensieren. Ist der Widerstand 132 jedoch mit dem Bj
Ausgang 79 des Verstärkers 76 verbunden, so kann das Korrektursignal einen genügenden Stromfluß in dem
Widerstand 47 hervorrufen, um eine freie Korrosions-
spannung von beispielsweise bis zu 500 Millivolt zu kompensieren. Falls erwünscht, können freilich auch
andere Maßnahmen zur Änderung der Größe des Korrektursignals am Eingang 38 getroffen werden. Die geschilderte
Schaltung findet auch Verwendung, um im großen Bereich den Widerstand 122 parallel zu dem
Widerstand 121 zu legen, um eine ordnun^-pemäße Aufzeichnung der Aufzeichenvorrichtung ί!' :u ermöglichen.
Wie erwähnt, kann der Ausgangsstrom des Verstärkers 51 bei ein und demselben Wert des dem Verstärkereingang
52 zugeführten Bezugsstromsignals in einem bestimmten Bereich verändert werden. Daher
müßte die Skala des Anzeigegeräts, d. h. des Amperemeters 106 und der Aufzeichenvorrichtung 117, ziemlich
gedrängt ausgeführt sein, um den Gesamtbereich der meßbaren Korrosionsgeschwindigkeiten zu erfassen.
Falls erwünscht, können daher mehrere Bereichswiderslände 134 zu dem Widerstand 69 parallel und in
Serie mit dem zweiten Schaltkreis geschaltet werden. der den Ausgang des Verstärkers 51 mit der Klemme A
verbindet. Der geeignete Bereichswiderstand kann durch einen einpoligen Mehrfachschalter 136 ausgewählt
werden, der von Hand oder auch über eine geeignete Verbindung durch den Zeitgeber 33 schaltbar ist.
Beispielsweise kann der Schalter 136 in jeder beliebigen Reihenfolge in Abhängigkeit von der Stellung der
Schaltvorrichtung 31 geschaltet werden, um jedesmal den vollen Skalenbereich des Amperemeters 106 und
der Aufzeichenvorrichtung 117 zur Anzeige auszunutzen, wobei die Bereiche z. B. 1o/iooo, ioo/iooo, 500ZiOOo usw.
Zoll pro )ahr betragen können. Die Wahl des jeweiligen Bereichswiderstandes bestimmt die Größe der Polarisierungsspannung,
die durch einen bestimmten Strom am Ausgang 54 des Verstärkers 51 hervorgerufen werden kann. Den Bereichswiderständen kann ein
Kondensator 154 parallel geschaltet sein, der als Spannungsfilter wirkt und die Anpassung an den Meßkopf
11 verbessert.
Cine Gleichstromquelle zum Betrieb der verschiedenen Verstärker der soweit beschriebenen Schaltungsanordnung
ist in F i g. 4 gezeigt. Demnach besitzt ein Transformator 137 eine Primärwicklung, die an eine
geeignete Wechselstromquelle anschließbar ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 137 steht mit einer
Gleichrichterbrücke 138 und Spannungsteilerwiderständen 139 und 141 in Verbindung, um an den Ausgangsklemmen
B + und S- positiv bzw. negativ gerichtete Arbeitsströme hervorzurufen. Mit zwei Zenerdioden
142 und 143, denen Kondensatoren 144 bzw. 146 parallel geschaltet sind, ist ein Mittelabgriff geschaffen,
der mit Masse verbunden ist. Das Potential dieses Mittelabgriffs kann gegenüber demjenigen einer
tatsächlichen Masse, die aus dem Meßkopf 11 bestehen
oder mit diesem verbunden sein kann, abweichen. Jedenfalls aber liefert der Mittelabgriff das in der gesamten
Schaltungsanordnung nach F i g. 2 auftretende Massepotential.
Die Stromquelle nach F i g. 4 ist iin der Lage, unter
Verwendung der Schaltung nach F i g. 5 positive und negative Bezugsspannungen zu liefern. Zu diesem
Zweck ist eine Serie von Widerständen zwischen die Klemmen B+ und ß- geschaltet, die aus festen
Widerständen 147 und 148 sowie Potentiometern 149 und 151 besteht. Die Potentiometer 149 und 151 sind
durch Zenerdioden 152 bzw. 153 überbrückt, deren Verbindung mit dem Mittelabgriff der Stromquelle an
Masse liegt. Die Abgriffe der Potentiometer 149 und
509611/132
151 liefern positive und negative Bezugsspannungen, die den Schaltern 87 und 118 der Schaltungsanordnung
nach F i g. 2 zugeführt werden können.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Meßeinrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit
von Metallen in korrosiven Medien, bestehend aus einem Meßkopf mit einer
Proben-, einer Hilfs- und einer Bezugselektrode, von welchen die Probenelektrode und die Hilfselektrode
in einem Stromkreis liegen, welcher neben einem der Anzeige der Korrosionsgeschwindigkeit
dienenden Meßinstrument einen der Einstellung des in demselben fließenden Stroms dienenden Differenzverstärker
aufweist, dessen beiden Eingängen die Potentialdifferenz zwischen der Bezugs- und der
Probenelektrode zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherelement (81)
vorgesehen ist, in welchem die während eines AbgleichintervaUs bei abgeschaltetem Slrom auftretende
Potentialdifferenz einspeicherbar ist. die während
des folgenden Arbeitsintervalls als Korrektursignal dem Differenzverstärker (36)/uführbar ist.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß das Speicherelement ein Kondensator (81) ist. welcher im Rückkopplungskreis
eines Signalkorreklurverstärkers (76) angeordnet ist.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (79) des Signalkorrekturverstärkers
(76) über eine Impedanz (82) mit dem zweiten Eingang (38) des Differenzverstärkers
(36) verbunden ist.
4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzverstärker
(36) ein Ausgangsverstärker (51) nachgeschaltet ist.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrpoliger Schalter vorgesehen
ist. in dessen erster Schalterstellung (Abgleichzustand) mittels eines Kontaktpaares (89) eine
Vergleichsspannungsquelle (- VR, + VR) mit dem einen Eingang (52) des Ausgangsverstärkers (51)
verbindbar ist und gleichzeitig dessen Ausgang (54) über ein weiteres Kontaktpaar (67) mit dem Signalkorrekturverstärker
(76) verbunden ist, während in der zweiten Schaltstellung (Arbeitszustand) die Vergleichsspannungsquelle
(— VR, + VR) von dem Eingang (52) des Ausgangsverstärkers (51) abgetrennt
ist, und gleichzeitig dessen Ausgang (54) den Stromkreis zwischen den beiden Proben- und Hilfselektroden
(21.23) schließt.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückkopplungskreis (56, 61.
62.63) vorgesehen ist, welcher den Ausgang (54) des Ausgangsverstärkers (51) mit dessen Eingang (52)
über einen Klemmenpunkt (86) verbindet, der wiederum einerseits mit dem Ausgang (44) des Differenzverstärkers
(36) und andererseits mit dem Kontaktpaar (87) verbunden ist.
7. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Spannungsfolger (96) vorgesehen ist, dessen Eingang (97) in der ersten Schalterstellung (Abgleichszustand)
über ein K.ontaktpaar (71) mit der Vergleichsspannungsquelle (+VR, -VR) und in der
zweiten Schalterstellung (Arbeitszustand) über ein Kontaktpaar (136) mit dem Ausgang (54) des Ausgangsverstärkers
(51) verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit
von Metallen in korrosiven Medien, bestehend aus einem Meßkopf mit einer Proben-, einer
Hilfs- und einer Bezugselektrode, von welchen die Probenelektrode und die Hilfselektrode in einem Stromkreis
liegen, welcher neben einem der Anzeige der Koirosionsgeschwindigkeit dienenden Meßinstrument
einen der Einstellung des in demselben fließenden
ίο Stroms dienenden Differenzverstärker aufweist, dessen
beiden Eingängen die Potentialdifferenz zwischen der Bezugs- und der Probenelektrode zugeführt ist.
Das Korrosionsverhalten von Metallen kann bekanntlich auf elektrochemische Weise durch Aufzeichnung
der Stromdichte/Potentialkurven bestimmt werden, wobei in der Regel Meßköpfe mit drei Elektroden
verwendet werden (s. US-PS 3 406 101). Dabei ist insbesondere das ausgeprägte Stromdichtemaximum im
anodischen Bereich bei eintretender Passivierung fur die Korrosionsgeschwindigkeit charakteristisch (s. bei
spielsweise schweizer Archiv November 1967. S. 339
bis iö3). In der Regel werden geschlossene Regelkreise verwendet, damit die Bestimmung derartiger Stromdichte/Poteniialkurven
im wesentlichen automatisch durchgeführt werden kann.
Dabei wird mittels eines Motors der von einem Poientialmeter
abgegriffene Spannungswert in der Regel linear verändert.
Es zeigt sich jedoch, daß bei derartigen Meßeinrichtungen ein Meßfehler auftritt, welcher durch die freie Korrosionsspannung bedingt ist. Dieser Meßfehler kann in der Regel korrigiert werden, was jedoch einen gewissen Arbeitsaufwand erfordert. Falls jedoch eine derartige Meßeinrichtung beispielsweise innerhalb eines chemischen Betriebes für die kontinuierliche Überwachung einer großen Anzahl verschiedener Meßköpfe herangezogen wird, ergeben sich Schwierigkeiten für die Kompensation der freien Korrosionsspannung auf Grund der verschiedenen Impedanzen der Meßkreise.
Es zeigt sich jedoch, daß bei derartigen Meßeinrichtungen ein Meßfehler auftritt, welcher durch die freie Korrosionsspannung bedingt ist. Dieser Meßfehler kann in der Regel korrigiert werden, was jedoch einen gewissen Arbeitsaufwand erfordert. Falls jedoch eine derartige Meßeinrichtung beispielsweise innerhalb eines chemischen Betriebes für die kontinuierliche Überwachung einer großen Anzahl verschiedener Meßköpfe herangezogen wird, ergeben sich Schwierigkeiten für die Kompensation der freien Korrosionsspannung auf Grund der verschiedenen Impedanzen der Meßkreise.
Hs ist demzufolge Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in korrosiven Medien zu
schaffen, bei welcher eine automaasche Berücksichtigung der freien Korrosionsspannung vorgenommen
wird, so daß auf eine abschließende Korrektur verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Speicherelement vorgesehen ist, in welchem die während
eines Abgleichintervalls bei abgeschaltetem Strom auftretende Potentialdifferenz einspeicherbar
ist. die während des folgenden Arbeitsintervalls als Korrektursignal dem Differenzverstärker zuführbar ist.
Als Speicherelement eignet sich ein Kondensator, welcher im Rückkopplungskreis eines Signalkorrekturverstärkers
angeordnet ist.
Um eine hinreichende Kreisverstärkung ferner zu erreichen, erweist es sich als zweckmäßig, wenn dem Differenzverstärker
ein Ausgangsverstärker nachgeschaltet ist.
Eine derartige Meßeinrichtung ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, daß ein mehrpoliger Schalter vorgesehen
ist, in dessen erster Schalterstellung (Abgleichzustand) mittels eines Kontaktpaares eine Vergleichs-Spannungsquelle
(- VR, + VR) mit dem einen Eingang des Ausgangsverstärkers verbindbar ist, und gleichzeitig
dessen Ausgang über ein weiteres Kontaktpaar mit dem Signalkorrekturverstärker verbunden ist, während
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702030671 DE2030671C3 (de) | 1970-06-22 | 1970-06-22 | Einrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in korrosiven Medien |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19702030671 DE2030671C3 (de) | 1970-06-22 | 1970-06-22 | Einrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in korrosiven Medien |
Publications (3)
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DE2030671A1 DE2030671A1 (de) | 1971-12-30 |
DE2030671B2 DE2030671B2 (de) | 1974-07-25 |
DE2030671C3 true DE2030671C3 (de) | 1975-03-13 |
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DE19702030671 Expired DE2030671C3 (de) | 1970-06-22 | 1970-06-22 | Einrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in korrosiven Medien |
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DE (1) | DE2030671C3 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3819900A1 (de) * | 1988-06-11 | 1989-12-14 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur bestimmung der korrosionsstabilitaet von tiefziehfaehigen eisenblechen fuer karosserieteile von kraftfahrzeugen und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3047782A1 (de) * | 1980-12-18 | 1982-07-08 | Drägerwerk AG, 2400 Lübeck | Schaltungsanordnung zur korrektur der sensorausgangsgroesse |
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1970
- 1970-06-22 DE DE19702030671 patent/DE2030671C3/de not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2030671B2 (de) | 1974-07-25 |
DE2030671A1 (de) | 1971-12-30 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |