DE2146591C3

DE2146591C3 - Device for displaying the concentration of a solution

Info

Publication number: DE2146591C3
Application number: DE2146591A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr. 6233 Kelkheim Sprengel; Ernst Dr. 6231 Niederhofheim Voss; August Prof. Dr. 6233 Kelkheim Winsel
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1971-09-17
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2146591A1; DE2146591B2

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Anzeige der Konzentration einer Lösung mit Hilfe der Formänderung eines quellbaren Membranstreifens, der aus zwei unterschiedlich in der Lösung quellenden Schichten besteht.The present invention is a device for displaying the concentration of a Solution with the help of the change in shape of a swellable membrane strip, which consists of two different in the Solution swelling layers.

Aus der DE-AS 16 73 240 ist es bekannt, zur Anzeige der Konzentration einer Lösung die Quellung einer Ionenaustauschermembran zu benutzen. In Polyelektrolyten ist die eine lonensorte makromolekular und vielwertig, während die Gegenionen aus den üblichen leicht beweglichen Ionen bestehen. In Ionenaustauschern sind viele derartige makromolekulare Ionen durch kovalente Bindung zu wegen ihrer Größe unlöslichen Netzwerken verbunden. Sie bestehen also aus Festionen und beweglichen Gegenionen, die hydratisiert sind, Ionenaustauschermembranen enthalten Ionenaustauscher, die in einer porösen Kunststoffmatrix eingebettet sind. Aufgrund ihres Hydratationsbestrebens nimmt der Ionenaustauscher Wasser aus der umgebenden Lösung auf und quillt so lange, bis der osmotische Druckunterschied durch den mechanischen Gegendruck der quellenden Matrix kompensiert wird. Die Quellung durch osmotischen Wassertransport ist reversibel.From DE-AS 16 73 240 it is known for display the concentration of a solution to use the swelling of an ion exchange membrane. In polyelectrolytes one type of ion is macromolecular and polyvalent, while the counterions are the usual ones easily mobile ions exist. There are many such macromolecular ions in ion exchangers linked by covalent bonding to networks that are insoluble because of their size. So you exist of solid ions and mobile counterions that are hydrated contain ion exchange membranes Ion exchangers that are embedded in a porous plastic matrix. Because of their tendency to hydration the ion exchanger absorbs water from the surrounding solution and swells until the osmotic pressure difference is compensated by the mechanical counter pressure of the swelling matrix. The swelling due to osmotic water transport is reversible.

Die Anzeige der Konzentration erfolgt gemäß der DE-AS mit Hilfe eines trägerfreien, streifenförmigen Quellkörpers, der an einem Ende festgelegt ist und am anderen Ende mit einem durch Zug oder Dehnung steuerbaren Schalter oder mit einem Stellglied verbunden ist. So dient beispielsweise die Längenänderung zweier streifenförmiger Ionenaustauscher zur Betätigung eines Mikroschalters, der über Hebelarme mit den Ionenaustauschern verbunden ist.The concentration is displayed according to DE-AS with the aid of a carrier-free, strip-shaped Swelling body, which is fixed at one end and at the other end with one by pulling or stretching controllable switch or connected to an actuator. For example, the change in length is used two strip-shaped ion exchangers for actuating a microswitch, which is connected to the Ion exchangers is connected.

Weiterhin ist aus der DE-PS 1264 82! eine Vorrichtung /ur Kontrolle von Änderungen in der lonen/usammenset/ung einer Flüssigkeit bekannt, die aus einem verbiegbaren Trägermaterial mit Ionenaustauseherbeschichtung besteht. Das vorzugsweise auf Kunststoff basierende lonenaustauschermaterial wird auf einen als Basismaterial dienenden Streifen einseitig aufgebracht, so daß eine Seite des Basismaterials ionenaustauschende Eigenschaften hat Die bei Änderung der Ionenzusammensetzung auftretende Formänderung des einseitig eingespannten Streifens durch Biegen kann zur Betätigung eines Anzeigers ausgenutzt werden.Furthermore, from DE-PS 1264 82! one Apparatus for controlling changes in the ionic composition of a liquid known to be made of a bendable carrier material with an ion exchanger coating consists. The preferably plastic-based ion exchange material is applied to one side of a strip serving as a base material, so that one side of the base material Has ion-exchanging properties The change in shape that occurs when the ion composition changes the strip clamped on one side by bending can be used to operate an indicator will.

Die Parameter zur Bestimmung der Ionenänderung liegen auf einer gekrümmten Kurve, die das freie EndeThe parameters for determining the ion change lie on a curved curve that forms the free end

ίο eines solchen eingespannten Meßstreifens beschreibt. Bei der praktischen Messung hat sich die Umsetzung dieser Kurvenform zu einem Signal zwecks optischer oder automatischer Kontrolle der lonenzusammensetzung als nachteilig erwiesen.ίο describes such a clamped measuring strip. In the practical measurement, the conversion of this waveform to a signal has to be more optical or automatic control of the ion composition proved to be disadvantageous.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Konzentrationsmessung mittels quellbarer Membranen mit zwei unterschiedlich quellenden Schichten aufzubauen, die auf verhältnismäßig einfache Weise einen Zusammenhang zwischen der KonzentrationIt is therefore the object of the invention to provide a device for measuring concentrations by means of swellable membranes with two different swelling layers to build up in a relatively simple way a relationship between concentration

2(i einer Lösung und dem Abstand zweier Meßpunkte ermöglicht.2 (i of a solution and the distance between two measuring points enables.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei derartige Streifen an ihren beiden Enden beweglich miteinander verbunden sind, wobei die stärker quellenden Schichten nach außen zeigen, so daß der Abstand der Streifenenden oder der Abstand der Streifenmitten voneinander den Meßwert für die Konzentration der Lösung ergibt.The object is achieved in that two such strips are movable with one another at their two ends are connected, with the more swelling layers facing outwards, so that the distance between the strip ends or the distance between the centers of the strips gives the measured value for the concentration of the solution.

Vorzugsweise werden zwei Membranstreifen gleicher Länge so angeordnet, daß sie an ihren EndenPreferably, two membrane strips of the same length are arranged so that they are at their ends

JO miteinander verbunden sind. Dabei wird jedoch der Winkel, unter dem die beiden Membranen an den Enden zusammenstoßen, frei einstellbar gehalten; die Verbindung erfolgt gewissermaßen über ein Scharnier bzw. mit scharnierartiger Beweglichkeit. Dabei sind die StreifenJO are connected to each other. However, the The angle at which the two diaphragms collide at the ends is kept freely adjustable; the connection takes place to a certain extent via a hinge or with hinge-like mobility. Here are the stripes

!"■' symmetrisch so angeordnet, daß die stärker kontrahierenden Schichten, meist loncnaustauschermembranschichlen, nach innen zeigen.! "■ 'arranged symmetrically so that the more strongly contracting Layers, mostly ion exchange membrane layers, point inwards.

Bringt man eine derartige Anordnung zweier Streifen in Wasser ein, so strecken sich die Streifen; der AbsiandIf such an arrangement of two strips is brought into water, the strips stretch; the Absiand

·"· der Streifenenden erreicht ein Maximum und der Abstand der beiden Sireifenmitten voneinander ein Minimum. Je konzentrierter die umgebende Lösung wird, desto mehr Wasser wird der Ionenaustauschermembran entzogen, so daß die lonenaustauschermem-· "· The end of the strip reaches a maximum and the The distance between the two tire centers is a minimum. The more concentrated the surrounding solution is, the more water is withdrawn from the ion exchange membrane, so that the ion exchange membrane

■*'' branschicht sich zusammenzieht und der Bikunststoffstreilen sich krümmt. Der Abstand der beiden Streifenenden verringert sich dementsprechend, und der Abstand der beiden Mitten vergrößert sich. Befestigt man die Mitte eines Streifens an einer Wand,■ * '' the layer of the branch contracts and the bioplastic stretches bends. The distance between the two ends of the strip is reduced accordingly, and the distance between the two centers increases. If you attach the middle of a strip to a wall,

■>" so wird die Mitte des anderen Streifens senkrecht zur Wand geführt. Bringt man also auf dieser Geraden eine Skala an, so kann man direkt den Abstand der beiden Mit'en oder die Krümmung der beiden Streifen oder die Konzentration der umgebenden Lösung ablesen, wenn■> "so the center of the other strip becomes perpendicular to the Wall led. So if you put a scale on this straight line, you can directly see the distance between the two Mit'en or the curvature of the two strips or the Read off the concentration of the surrounding solution, if

¹^ man die Skala auf dieser Geraden entsprechend eicht. ¹ ^ the scale on this straight line is calibrated accordingly.

Man kann die Position der Mitte des frei beweglichen Streifens gegenüber der festgehaltenen Mitte des andern auch dadurch abtasten, daß man an dem Streifen einen Permanentmagneten, eine Induktionsspule oderOne can see the position of the center of the floating strip opposite the fixed center of the others also scan by attaching a permanent magnet, an induction coil or a

W) einen Eisenkern befestigt, mit denen man eine Induktionswirkung in der Umgebung hervorruft und diese Induktionswirkung mit Hilfe bekannter Methoden, /. B. mil Hilfe einer /weiten Spule, abtastet. Man kann auch in der umgebenden Lösung ein elektromagneli-W) attached an iron core, with which one Induces induction in the environment and this induction effect with the help of known methods, /. B. with the help of a / wide coil, scanned. One can also in the surrounding solution there is an electromagnetic

'" sches Feld erzeugen. Bringt man .uif der beweglichen Streifenmitte eine Potentialmeßsonde an, so hat man gegenüber zwei weiteren, möglichst auf der Bewegungsgeraden der Stmfonmitte liegenden weiterenGenerate a '"sic field. If one brings .uif the movable one If you place a potential measuring probe in the middle of the strip, you have two more, if possible on the straight line of movement in the middle of the voice

Potentialsonden einen Spannungsteiler, dessen Teilungsverhältnis ein Maß für die Konzentration ist. Man kann das Spaf/nungsteilungsverhähnis in einer Brückenschaltung in bekannter Weise ausmessen und durch ein elektrisches Signal anzeigen. Die Umsetzung dieses Signals in einen Meßwert für die Konzentration der umgebenden Lösung ist dem Fachmann ohne weiteres geläufig. Es sei bemerkt, daß die Leitfähigkeit der Lösung, sofern sie im Bereich der Meßanordnung homogen ist, nicht in den Meßwert eingeht Auch die Temperatur hat somit keinen Einfluß auf das Meßergeb-Potential probes have a voltage divider whose division ratio is a measure of the concentration. Man can use the Spaf / nungteilungsverhähnis in a bridge circuit Measure in a known manner and display it by means of an electrical signal. Implementation of this Signal in a measured value for the concentration of the surrounding solution is readily available to the person skilled in the art common. It should be noted that the conductivity of the solution, provided it is in the range of the measuring arrangement is homogeneous, is not included in the measured value.

Claims

Patent claims:

1. Device for displaying the concentration of a solution with the help of the change in shape of a swellable membrane strip consisting of two layers that swell differently in the solution consists, characterized in that two such strips at their two ends are movably connected to one another, with the more strongly swelling layers pointing outwards, see above that the distance between the ends of the strips or the distance between the centers of the strips is the measured value for the concentration of the solution.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the two are interconnected Stripes are about the same length.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the stronger swelling layer is an ion exchange membrane layer.

4. Device according to claims I to 3, characterized in that the distance of the both strip means or the two strip ends inductively, optically or electromagnetically detected and is displayed.