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Gerät zur kontinuierlichen Überwachlung der Verschmutzung von Wasser
durch Detergentien Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Gewässer kontinuierlich
auf den Grad seiner Verschmutzung durch Detergentien (Waschmittel) zu überwachen.
Hierzu ist ein Gerät zu entwickeln, das mit einer für die Praxis ausreichenden Genauigkeit
selbsttätig elektrische Signale bildet, die dem Verunreinigungsgrad proportional
sind und die zur Steuerung von Warneinrichtungen oder Einrichtungen zur Iteinigung
des Wassers geeignet sind.
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Verschmutzungen durch Detergentien wurden bisher in der Praxis nach
diskontinuierlich arbeitenden Verfahren ermittelt, die mit manueller Laborarbeit
verbunden sind und die sich deshalb für eine laufende Überwachung wenig eignen.
Die bisher praktizierten Verfahren, z. 13.
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die kolorometrische Bestimmung eines Chloroform-Extraktes aus dem
mit Methylenblau angefärbton Wasser oder die Messung der Oberflächenspannung mit
Hilfe einer Adhäsionswaage haben ferner den Nachteil, daß sie nur mit einem relativ
hohen technischen Aufwand zu automatisieren sind.
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Für ein Gerät zur kontinuierlichen Überwachung der Verschmutzung von
Wasser durch Detergentien ist unter Vermeidung der Nachteile bisheriger Lösungen
die ein gangs gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gerät eine
I(apillarvorrichtung und eine Einrichtung zur Umwandlung-der mit dieser Vorrichtung
erzeugten kapillaren Steighöhen in proportionale elektrische Spannungen aufweist.
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Mit diesem Gerät läßt sich in ruhendem Wasser und in Wasser mit geringer
Strömungsgeschwindigkeit, d. h. in Wasser mit beruhigter Oberfläche, fortlaufend
die kapillare Steighöhe und damit der Grad der Verschmutzung durch Detergentien
feststellen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Kapillarvorrichtung
aus einem ebenflächigen Plattenpaar gebildet. Mit Hilfe dieser speziellen Ausbildungsform
der Kapillare wurde erreicht, daß letztere relativ einfach zu reinigen ist und gegebenenfalls
die Einrichtung mit einer Reinigungsvorrichtung ausrüstbar ist.
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In einer speziellen Weiterbildung der Erfindung weist die Kapillare
planparallel angeordnete lichtdurchlässige Platten auf, die von einer im Bereich
der kapillaren Steighöhe angeordneten Lichtquelle unter einem solchen Winkel beleuchtet
sind, daß zwischen den Platten und der Luft Totalreflexion auftritt, während
das
zwischen den Platten und dem Wasser nicht der Fall ist, und bei der ferner im reflektierten
oder abgelenkten Strahlengang ein fotoelektrischer Wandler angeordnet ist. Das damit
erzeugte elektrische Signal ist dabei direkt proportional der kapillaren Steighöhe
und somit auch direkt proportional dem Verschmutzungsgrad.
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In einer speziellen Weiterbildung der Erfindung ist eine Platte der
Kapillare parallel zur Wasseroberfläche im Wasser und eine weitere Platte unter
einem relativ kleinen Winkel geneigt zur Wasseroberfläche angeordnet, wobei beide
Platten mindestens im Bereich der durch die kapillare Steighöhe erfolgenden Meniskusbildung
elektrisch leitfähig sind und einen veränderbaren Widerstand oder Kondensator verkörpern,
der Teil eines geschlossenen Stromkreises ist. Durch die veränderliche kapillare
Steighöhe ändert sich bei dieser Einrichtung entweder der Verlustwinkel und die
Kapazität des Kondensators oder der elektrolytische Widerstand der zischen den Platten
eingeschlossenen IJassermenge.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung
beschrieben. Die Zeichnung zeigt Geräte zur kontinuierlichen Überwachung des Verschmutzungsgrades
von Wasser durch Detergentien in schematisch vereinfachter Darstellung, und zwar:
Figur 1 - ein Gerät, bei dem eine Kapillare als veränderbarer Kondensator ausgebildet
ist; Figur 2 - einen Ausschnitt aus einem gleichartig aufgebauten Gerät, bei dem
die Kapillare einen veränderbaren elektrolytischen Widerstand darstellt;
die
Figuren 3 - die Draufsicht auf ein Gerät, dessen und 4 IApillAre mit einer Lichtquelle
und einem fotoelektrisclien Wandler versehen ist.
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Bei der Geräteaubidung nach Figur 1 zeigt diese im (uerschnitt einen
Behälter 1 mit einem Wasserzulauf 2 und einem Wasserablauf 3, wobei auf die Darstellung
an sich bekannter Beruhigungsmittel für den Wasserzu- und -ablauf sowie einer Einrichtung
zur Steuerung der Füllstandshöhe im Behälter 1 verzichtet wurde. Im Behälter 1 ruht
auf einer nach innen weisenden Leiste 4 eine Kapillnrvorrichtung 5, die nachfolgend
näher beschrieben ist. Die Kapillarvorrichtung 5 besteht im wesentlichen aus einer
Platte G, die zur Wasseroberfläche 7 unter einem relativ kleinen Winkel, beispielsweise
einem winkel von 4 bis 8 geneigt angeordnet ist und die entlang einer Kante 8 in
das Wasser eintaucht. Sie ist auf einer knapp unter dem Wasserspiegel 7 auf den
besagten Leisten 4 gelagerten Platte 11 angeordnet und in ihrer Lage mit IIilfe
eines Anschlage 9 und eines Paßstücke 10 festgelegt. Die Platte 11 kann dabei als
Ganzes oder mindestens im Bereich der Moniskusbildung mit einer Elektrode 12 versehen
sein. Die geneigt angeordnete Platte G hingegen ist nur im Bereich der Meniskusbildung
auf der dem Wasser abgewendeten Seite mit einem Kondenßatorbelag 13 versehen, wobei
die Platte selbst aus einem benetzbaren Material mit hoher Dielektrizitätskonstante
besteht, das in geringer Schichtdicke verfügbar sein muß (beispielsweise Glas).
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In einem zwischen den beiden Platten 6-und 11 liegenden keilförmigen
Bereich 14 bilden sich Menisken 15 und 16 aus, deren Abstand a bzw. b von einem
Fixpunkt p ein
direktes Maß für den Verunreinigungsgrad des Wassers
ist, So entsteht beispielsweise bei reinem Wasser der Meniskus 15, während nii t
De tergentien verunreinigtes Wasser eine geringere Kapillarwirkung zeigt und den
Meniskus 16 ausbildet, Die Messung der Strecken a und b kann dabei mit beliebigen
an sich bekannten Mitteln erfolgen, beispielsweise durch Ablesung einer in der Zeichnung
nicht dargestellten Skala auf einer der beiden Platten 6 oder 11, wobei der abgelesene
ert ein direktes Maß für den Verschmutzungsrad des Wassers darstellt.
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Ein gleicher direkter Zusammenhang wie zwischen den genannten Strecken
und dem Verschmutzungsgrad des Wassers besteht ferner bei der Kapazität zwischen
dem liondensatorbelag t3 und der Elektrode 12. Zur direkten Messung dieser Größen
ist an den Kondensatorbelag 13 und die Elektrode 1 mit Hilfe von Leitungen 17 und
18 ein direkt anzeigendes Kapazitätsmeßgerät 19 angeschlossen.
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Die skala 2ti dieses Meßgeräts weist zur Vereinfachung der Eichung,
die auch in Abhängigkeit extrem sich ändernder l'assertemperaturen korrigierbar
sein kann, eine besondere Eichmarke 22 auf. Beispielsweise erfolgt ein Abgleich
des Gerats auf die Eichmarke 22 bei einer Füllung mit reinem nasser im Behälter,
wobei das Wasser die Temperatur des zu messenden Schmutzwassers aufweist.
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Schließlich weist die Skala einen besonders gekennzeichneten, beispielsweise
durch entsprechende Farbgebung hervorgehobenen Bereich 21 auf, in dem ein unzulässig
hoher Verscliinutzungsgrad des Wassers zur Anzeige kommt. Dieser Bereich kann in
an sich bekannter Weise mit Signalabgriffon zur Steuerung von tlarmeinrichtungen
oder Einrichtungen zur Reinigung eines Gewässers versehen sein.
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Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
vom vorhergehenden wesentlich durch eine geänderte i;lektrodenanordnung. Unter weglassen
bereits beschriebener Einzelheiten zeigt deshalb die Figur fUr ein Gerät der oben
beschriebenen Art nur die ICapillreinriciItung und ihre Ausbildung im Bereich der
Meniskusbildung. Wie im vorherbeschriebenen Beispiel ist dicht unterhalb des Wasserspiegels
25 eine hierzu plannparallele platte 26 mit einer Elektrode 27 angeordnet, zu der
eine weitere planparallele Platte 28 in einem relativ kleinen Winkel geneigt angeordnet
ist, die im Gegensatz zum vorherbeschriebenen Beispiel an ihrer Irulenseite, d.
h. an der der besagten Elektrode 27 zugewendeten Seite mit einer Gegenelektrode
29 versehen ist. Mit Leitungen 30 und 31 sind beide Elektroden an ein in der Zeichnung
nicht dargestelltes Widerstandsmeßgerät angeschlossen, das analog dem im vorhergehenden
Beispiel beschriebenen Kapazitätsmeßgerät ausgebildet ist. Das Widerstandsmeßgerät
mißt im wesentlichen den aiiderstand einer Wassersäule zwischen den beiden Elektroden
27 und 29, der wie im vorhergehenden Beispiel durch die Verschiebung des Meniskus
32 bei unterschiedlichem Detergentiengehalt des Wassers veränderbar ist.
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In weiteren Ausführungsformen des Gerätes erfolgt die Meßwertbildung
mit llilfe fatoelektrischer Wandler. Die Figur 3 zeigt in der Draufsicht planparallele
Platten 35 und 36 aus Glas, die senkrecht im Wasser stehen und eine Kapillarvorrichtung
bilden. Im Bereich der kapillaren Steighöhe zwischen den beiden Platten 35 und 36
ist eine Lichtquelle 37 angeordnet, mit der die Kapillare mit einem unter einem
schrägen Winkel ein
fallenden Lichtstrahl 38 beleuchtet ist. Mittels
in der Zeichnung nicht dargestellter Einrichtungen, wie beispielsweise einer Zylinderlinse
oder einer Schlitzblende ist dieser Lichtstrahl 38 in einen Strahl rechteckigen
,uerschnitts geformt, wobei die Längserstreckung seines !uerschnitts senkrecht zur
1.rasseroberfläche ist und von der Wasseroberfläche bis zur maximalen Steigliöhe
in der Kapillare reicht. Soweit sich Luft zwischen den beiden Platten 35 und 36
befindet, wird der Lichtstrahl 38 an der inneren Fläche der Platte 36 total reflektiert
und gelangt auf einen fotoelektrischen Wandler 39, während das im Bereich der kapillaren
Steighöhe im wasser eintretende Licht nach mehrmaliger Brechung in Richtung des
mit unterbrochenen Linienzug gezeichneten Pfeiles 40 auf der gegenüberliegenden
Seite der Kapillare austritt, ohne den fotoelektrischen Wandler 39 zu beaufschlagen.
Der im fotoelektrischen Wandler 39 erzeugte Strom ist also ebenfalls ein Maß für
die Steighöhe in der Kapillare 35 und 36 und damit für die Verschmutzung des Wassers
durch Detergentien.
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Einen analogen Aufbau zeigt die Anordnung nach der Figur 4 mit den
Platten 41 und 42 und der Lichtquelle 43. Bei dieser Anordnung ist ein fotoelektrischer
Wandler 44 gegenüber der Lichtquelle 43 angeordnet und mißt im Bereich der kapillaren
Steighöhe das die Kapillarvorrichtung 41 und 42 durchdringende Licht. Der Lichtstrahl
45 wird dabei in bekannter Weise an den übertrittsflächen unterschiedlicher Medien
gebrochen. Das von der Lichtquelle 43 oberhalb der kapillaren Steighöhe auf die
Einrichtung geworfene Licht wird in Richtung des mit unterbrochenem Linienzug eingezeichneten
Strahles 46 total reflektiert und gelangt nicht auf den fotoelektrischen Wandler
44.
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- Patentansprüche -