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Meßzelle zur Messung der Konzentration von Oxydations-
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mitteln in Flüssigkeiten
Beschreibung Die Erfindung
betrifft eine Meßzelle zur Messung der Konzentration von Oxydationsmitteln in Flüssigkeiten
mit einem Gehäuse, in dem ein durchströmbarer Meßraum ausgebildet ist; mit einer
Einlaßbohrung, welche mit dem Meßraum kommuniziert; mit einer Auslaßbohrung, welche
mit dem Meßraum kommuniiert; mit zwei im Meßraum angeordneten Elektroden; mit einer
Vielzahl von Reinigungspartikeln, die von der durchströmenden Flüssigkeit bewegt
werden.
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Trink-, Bade- und Brauchwasser werden heute im allgemeinen durch Zugabe
von Oxydationsmitteln, insbesondere von Chlor, Chlorverbindungen oder Ozon desinfiziert.
öffentliche Vorschriften geben vor, welcher Restgehalt an freiem Oxydationsmittel,
beispielsweise freiem Chlor, in Trinkwasser und Brauchwasser für Lebensmittelbetriebe
nach der Aufbereitung nachweisbar sind. Öffentliche Richtlinien gibt es ferner für
Bäderbauten und Bäderbetrieb, in denen festgelegt ist, wieviel Oxydationsmittel-Uberschuß
im Beckenablauf nachweisbar sein muß und wieviel freies, wirksames Oxydationsmittel
Badewasser nach Flockung, Filterung und Zugabe von Oxydationsmittel enthalten sollte.
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In all diesen und noch in vielen anderen, nicht eigens aufgeführten
Fällen ist die richtige Dosierung des-Oxydationsmittels von großer Bedeutung. Eine
zu geringe Konzentration führt nicht zum gewünschten Desinfektionserfolg; eine zu
hohe Konzentration bewirkt eine Geruchs- und Geschmacksbeeinflussung des Wassers
und kann sogar Rohrleitungsschäden herbeiführen, die auf Korrosion zurückgehen.
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Die überwachung der Konzentration erfolgt bisher mit Meßzellen der
einga.ngs genannten Art. Dabei handelt es sich um galvanische Elemente, deren Elektroden
aus besonders ausgewählten
Metallen bestehen. Ein Teilstrom des
zu untersuchenden Wassers wird durch diese Meßzelle geleitet und dient als Elektrolyt.
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Sind im Wasser Oxydationsmittel vorhanden, so wird die Polarisation
der Elektroden gestört. Die Meßzelle wird depolarisiert und liefert einen elektrischen
Strom, dessen Größe proportional der Konzentration des Oxydationsmittels ist.
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Ein Problem bei derartigen Meßzellen besteht darin, daß die Elektrodenoberflächen
zur richtigen Funktion kontinuierlich saubergehalten werden müssen. Hierzu befindet
sich bei den bekannten, eingangs genannten Meßzellen Quarzsand einer bestimmten
Korngroße im Meßraum. Dieser Quarzsand wird vom durchgeleiteten Wasser in eine Zirkulationsbewegung
versetzt, streicht über die Elektrodenoberflächen und reinigt diese.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß im Laufe der Zeit der QuarzSand
aus den bekannten Meßzellen ausgeschwemmt wird und danach die Anzeige der Meßzelle
unzuverlässig wird. Bei bekannten Meßzellen ist es daher erforderlich, ständig die
Quarzsandfüllung zu überprüfen und ggf. für eine Nachfüllung zu sorgen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßzelle der eingangs
genannten Art zu schaffen', die über lange Zeiten hinweg wartungsfrei arbeitet,
ohne daß die Meßgenauigkeit durch unbemerkt geblieben Verschmutzung der Elektrodenoberflächen
beeinträchtigt würde.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reinigungspartikel
künstlich hergestellte Teilchen aus isolierendem Material sind, deren kleinste Abmessung
größer als der Durchmesser von Auslaßkanälen ist, über welche der Meßraum-mit der
Auslaßbohrung in Verbindung steht.
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Mit der vorliegenden Erfindung wurde somit erstmals erkannt,
daß
zur Erzielung einer befriedigenden Reinigungswirkung eine bestimmte Korngröße nicht
erforderlich ist. Auch ist es nicht notwendig, scharfkantige, unregelmäßige Reinigungspartikel
ztl verwenden. Diese Erkenntnis eröffnet der vorlieqenden Erz in dung den Weg, die
Reinigungspartikel dimcn-sionsmäßig so duf die Ausflußkanäle des Meßraumes abzustimmen,-daß
die Reinigungspartikel nicht verloren gehen können.
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Die Reinigungspartikel können einfache, handelsübliche Glaskugeln
sein, wobei unter Umständen durch Aufrauhung der Oberflächen eine Erhöhung des Reinigungseffektes
möglich ist.
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Der Meßraum kann die Form eines flachen Zylinders mit scharfen Kanten
besitzen; in diesem Falle sollten die Auslaßkanäle in den Kanten des Meßraumes münden.
Hierdurch wird sichergestellt, daß sich die Reinigungspartikel niemals direkt auf
die ündungsstellen der Auslaßkanäle setzen und diese verstopfen können.
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Dies läßt sich weiter dadurch verhindern, daß die Auslaßkanäle in
den obe-ren Bereich des Meßraumes münden, wenn die Meßzelle in die beider Messung
benutzte Lage gebracht ist. Die Reinigungspartikel fallen dann - soweit sie nicht
von der durchströmenden Flüssigkeit wegbewegt werden - unter dem Einfluß der Schwerkraft
von den Mündungsstellen der Auslaßkanäle in den Meßraum ab.
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Von Vorteil ist, wenn die Einlaßbohrung mit dem Meßraum über.
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im Querschnitt verkleinerte Einlaßkanäle kommuniziert. Hierdurch wird
die Eintrittsgeschwindigkeit deriu untersuchenden Flüssigkeit in den Meßraum erhöht
und die Bewegung der Reinigungspartikel gefördert. Wenn die Einlaßkanäle tangential
in den Meßraum münden, ergibt sich eine optimale Impulsübertragung von der zu untersuchenden
Flüssigkeit auf die Reinigunspartikel.
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Bei einer bestimmten Ausführungsform wird der Meßraum im wesentlichen
begrenzt: a) von einer Durchgangsbohrung im Gehäuse, die im mittleren Bereich eine
Umfangsnut besitzt; b) von den beiden-Elektroden, die an gegenüberliegenden, am
Gehäuse lösbar angebrachten Stirnwänden gehalten sind, welche die Durchgangsbohrung
nach außen verschließen.
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Zweckmäßigerweise besitzen diese Stirnwände Zentrierungsvorsprünge,
welche in die Durchgangsbohrung des Gehäuses einführbar sind.
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Zweckmäßigerweise ist die eine Elektrode, die üblicherweise aus Platin
besteht, eine Metallfolie, die mittels eines Befestigungsringes am Zentrierungsvorsprung
der entsprechenden Stirnwand festgeklemmt ist. An der Metallfolie kann ein Draht
festgelötet sein, der durch die entsprechende Stirnwand und durch einen in die Stirnwand
von außen her eingedrehten, hohlen Gewindebolzen hindurchgeführt und am äußeren
Ende des Gewindebolzens verlötet ist.
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Bei der zweiten Elektrode, die üblicherweise aus Kupfer besteht,.
handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Metallstück mit einer zum Meßraum weisenden
Kegelmantelfläche. Diese Ausgestaltung erhöht die Wirkung der Berührung zwischen
der Elektrodenoberfläche und den Reinigungspartikeln. Die Elektrode kann beispielsweise
pilzförmig mit einem kegeligen Hut und einem der Befestigun<t- dienenden Führungsschaft
sein. In diesem Falle wird der Führungsschaft der Elektrode in eine Bohrung des
Zentrierungsvorsprungs der zugehörigen Stirnwand eingeführt und dort von einem Gewindebolzen
gehalten, der durch die Stirnwand hindurchgeführt und in den Führungsschaft eingeschraubt
ist.
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Genäuse und/oder die Stirnwände sind aus Plexiglas oder einem anderen
isolierendem. Material hergestellt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Ze-ichnung näher erläutert; es zeigen Figur 1 einen horizontalen Schnitt durch eine
erfindungsgemäuse Meßzelle (verdeckte Kanten sind der Ubersichtlichkeit halber nicht
dargestellt); Figur 2 eine (geschnittene) Explosionsansicht der wichtigsten Teile
der Meßzelle von Figur 1 (verdeckte Kanten dargestellt); Figur 3 einen senkrechten
Schnitt durch das Gehäuse der F:eßzelle gemäß Linie III-III von Figur 1.
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Die in der Zeichnung dargestellte Meßzelle umfaßt ein Gehäuse 1 aus
einem elektrisch nicht leitenden Material, beLspielsweise aus Plexiglas. Es kann
zur leichteren Hers~telltlng aus zwei Hälften zusammenyesetzt sein, die symmetrisch
aneinandergefügt, z.B. verklebt oder verschleiß sind. Eine zylindrische Durchgangsbohrung
2 verläuft durch das Gehåuse-l und ist im mittleren Bereich durch eine Umfangsnut
3 vertieft. Im oberen Bereich des Gehäuses 1 (vergl. Figuren 2 und 3) befindet sich
eine Einlaßbohrung 4, in welcher ein Einlaßs£utzen befestigt werden kann. Die Einlaßbohrung
4 setzt sich ins Gehäuseinnere in einem Bohrungsstück 5 verringerten Durchmessers
und danach in zwei Kanälen 6, 7 verhältnismäßig k'einen Durchmessers fnrt, die etwa
tangential in die Umfangsnut 3 einmünden.
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Etwa gegenüber im Gehäuse 1, jedoch etwas höher, ist eine Auslaßbohrung
8 angeordnet, in welcher ein Auslaßstutzen befestigt werden kann. Eine waagerechte
Blindbohrung 9 führt von der AuslaBbohrung 8 über den höchsten Punkt der Nut 3 hin-
weg
und steht ungefähr dort mit einer senkrechten Blindbohrung 10 in Verbindung. Letztere
kommuniziert über eine Vielzahl von Kanälen 11 kleinen Durchmessers mit der Nut
3. Die Kanäle 11 münden dabei, wie die Figuren 1 und 2. zeigen, in den Kanten der
Nut 3. In die Stirnflächen 12, 13 des Gehäuses 1, -die auf der Achse der Durchgangsbohrung
2 senkrecht stehen, sind Kreisnuten 14, 15 eingestochen, in welchen bei fertig montierter
Meßzelle Dichtungsringe 16, 17 einliegen.
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Die Durchgangsbohrung 2 wird von zwei am Gehäuse 1 abnehmbar befestigten
(beispielsweise angeschraubten) Stirnwänden 18, 19 abgeschlossen, die jeweils als
Halter für eine Elektrode 20, 21 dienen. Die Stirnwände 18, 19 sind im dargestellten
Ausführungsbeispiel kreisförmig, können jedoch selbstverständlich auch der Außenform
des Gehäuses 1 angepaßt sein. Sie sind vorzugsweise aus isolierendem Material, beispielsweise
ebenfalls aus Plexiglas hergestellt und besitzen jeweils einen Zentrierungsvorsprung
22, 23, der in die Durchganysbohrung 2 des Gehäuses 1 eingeführt wird (vergl. Figur
1).
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Die in den Figuren 1 und 2 unten dargestellte Stirnwand 18 dient der
Halterung einer in etwa pilzförmigen Kupferelektrode 20. Diese ist mit einem zylindrischen
Schaft 24 in den Bereich größeren Durchmessers einer Stufenbohrung 25 eingeführt,
die axial durch die Stirnwand 18 hindurchläuft. Ein Gewindebolzen 26 ist in die
kreisrunde Stirnfläche 27 der Elektrode 20 eingeschraubt, verläuft durch die Stufenbohrung
25 der Stirnwand 18 hindurch und ist an dieser in geeigneter Weise, beispielsweise
durch von außen aufgedrehte, nicht dargestellte Muttern, gesichert. Auf diese Weise
ist die Elektrode 20 an der Stirnwand 18 befestigt. Zwischen den kegeligen Hut 35
der Elektrode 20 und der StirnfLäche des Seitenwand-Zentrierungsvorsprunges 22 ist
ein Dichtungsring 28 eingefügt, der in einer Kreisnut 29 des Zentrierungsvorsprunges
22 angeordnet ist.
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Der Zentrierungsvorsprung 23 der in den Figuren 1 und 2 oben dargestellten
Stirnwand 19 besitzt einen kleineren Außendurchmesser als der Zentrierungsvorsprung
22 er Stirnwand 18. Auf diese Weise findet auf ihm ein Befestigungsring 30 Platz,
mit dem die aus einer Platinfolie bestehende Elektrode 21 auf dem Zentrierungsvorsprung
23 festgeklemmt wird (Figur 1). Der Außendurchmesser des Befestigungsrings iO e:tspricht
dem Außendurchmesser des Zentrierungsvorsprungs 22 der Stirnwand 18 und ist etwas
kleiner als der Innendurchmesser der Gehäuse-Durchgangsbohrung 2.
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An der Rückseite der Platinfolie 21 ist ein Draht 31 angelötet (Figur
1), der durch einen hohlen Gewindebolzen 32 hindurchgeführt und mit diesem am äußeren
Ende verlötet ist. Der Gewindebolzen 32 ist in eine Axialbohrung 33 der Stirnwand
19 eingeschraubt.
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In den Meßraum 34, der stirnseitig im wesentlichen von den Elektroden
20, 21 und umfangsseitig im wesentlichen von der Nut 3 begrenzt wird, ist eine Vielzahl
kleine-r,,nicht dargestellter Kugeln aus isolierendem Material, beispielsweise handelsübliche
Glaskugeln, eingefüllt. Der Durchmesser dieser Kugeln ist größer als der Durchmesser
der Auslaßkanäle 11, so daß die Kugeln den Meßraum 34 nicht verlassen können.
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Die Funktion der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Die Meßzelle
wird aufrecht so angeordnet, daß die Auslaßkanäle (11) ^erliegen (vergl. Figur 3).
Die Einlaßbohrung wird mit einem Schlauch verbunden, über den die zu untersuchende
Flüssigkeit zugeführt wird. Diese Flüssigkeit erhöht ihre Geschwindigkeit in den
verhältnismäßig schmalen Einlaßkanälen 6, 7 und tritt dann tangential in den Meßraum
34 ein. In diesem entsteht zwischen den Elektroden 20, 21 eine wirbelartige Strömung
und zwar in der Sicht von Figur 2 gegen den Uhrzeigersinn.
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Gleichzeitig tritt eine entsprechende Menge Flüssigkeit über die schmalen-Ausl'aßkanäle
11 aus dem Meßraum nach oben aus und verläßt die Meßzelle durch die Bohrungen 10,
9 und 8.
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Die Wirbelbewegung sorgt dafür, daß die in den Meßraum 34 ei-1-gefüllten-Kugeln
zwischen den Elektroden- 20, 21 laufend eine kreisende Bewegung durchführen. Sie
kommen dabei mit den aktven Elektrodenflächen in Berührung und reinigen diese kontinuierlich.
Dieser Effekt wird durch die kegelige Ausbildung des Huts 35 der Elektrode 20 noch
unterstützt. Die Spannung, die sich an den Elektroden 20, 21 entwickelt, wird an
den Gewindebolzen 26, 32 abgenommen.
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Die beschriebene Meßzelle arbeitet sehr lange ohne jegliche Wartung.
Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß trotz hervorragender Wirkung die
reiniqenden Kugeln nicht aus dem Meßraum-fortgeschwemmt werden können. Die Auslaufkanäle
11 können durch die Kugeln nicht zugesetzt werden, was den Wasserdurchgang blockieren
würde, da sie, wie beschrleben, in den Kanten der Nut 3 münden. Diese Kanten haben
einen sehr viel kleineren Krümmungsradius als die Kugeln, so daß letztere nicht
bis an die Kanalmündungen heranreichen. Außerdem sorgt bei der beschriebenen Positionierung
- außer der Wirbelströmung - die Schwerkraft dafür, daß sich die Kugeln immer wieder
von den Auslaßkanälen wegbewegen.