DE3523757C1

DE3523757C1 - Instrument for the inductive measurement of the surface tension according to the Wilhelmy principle

Info

Publication number: DE3523757C1
Application number: DE19853523757
Authority: DE
Inventors: Peter Prof Dr Fromherz; Dambacher Karl Heinz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-03
Filing date: 1985-07-03
Publication date: 1987-01-02

Abstract

The inductive measurement of the surface tension according to the Wilhelmy principle has been carried out hitherto by using protruding, not very compact instruments. According to the invention, the use of two flat, soft springs achieves a cylindrical, small and compact construction of the measuring instrument, in which damping, accurate and easily manageable zero-point adjustment and a vibration-free measuring method are achieved. Owing to its robust construction, the measuring instrument can also be used outside the laboratory for field measurements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur induktiven Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten nach dem Wilhelmy- Prinzip gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for inductive measurement the surface tension of liquids according to the Wilhelmy Principle according to the preamble of claim 1.

Die Oberflächenspannung ist eine charakteristische Größe einer Flüssigkeit, abhängig von Temperatur und Umgebung. Bei der Wilhelmy-Methode (L. Wilhelmy, Ann. Physik, 119, 177 (1863)) wird die Oberflächenspannung durch die Kraft bestimmt, mit der eine Platte (Wilhelmy-Platte) in eine Flüssigkeit gezogen wird.The surface tension is a characteristic quantity of a Liquid, depending on temperature and environment. In the Wilhelmy method (L. Wilhelmy, Ann. Physik, 119, 177 (1863)) the surface tension is determined by the force with which a plate (Wilhelmy plate) is drawn into a liquid.

Es ist bekannt, daß man die Kraft mit einem induktiven Geber messen kann. Der Kern des Gebers und die Wilhelmy-Platte werden an einer Blattfeder befestigt. Die Blattfeder wird durch die Kraft, die auf die Wilhelmy-Platte wirkt, ausgelenkt. Der Fe derweg wird durch eine Spannungsänderung am induktiven Geber angezeigt (P. Fromherz, Rev. Sci. Instrum. 46, 1380-1385, (1975)).It is known that you can apply force with an inductive encoder can measure. The core of the donor and the Wilhelmy plate will be attached to a leaf spring. The leaf spring is replaced by the Force that acts on the Wilhelmy plate is deflected. The Fe this is due to a voltage change on the inductive encoder shown (P. Fromherz, Rev. Sci. Instrum. 46, 1380-1385, (1975)).

Bei kleinen Plattenabmessungen sind auch die auf die Platte wirkenden Kräfte klein. Um trotzdem eine meßbare Federauslen kung zu erhalten werden lange, dünne Blattfedern verwendet. Das führt zu einer ausladenden länglichen Bauweise der Geräte. Die Nullposition läßt sich nur schwer finden. Der Kern wird nicht gerade geführt und eine besondere Dämpfungseinrichtung besteht nicht. Wird die Wilhelmy-Platte mit dem Gerät aus der Flüssig keit gezogen, können Erschütterungen entstehen die das Meßer gebnis beeinträchtigt. With small plate dimensions, they are also on the plate acting forces small. But still a measurable spring deflection long, thin leaf springs are used to obtain the kung. The leads to a protruding elongated construction of the devices. The It is difficult to find the zero position. The core won't just guided and there is a special damping device Not. If the Wilhelmy plate with the device from the liquid speed, the knife can be jarred result affected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem zu entwickeln, das klein, kompakt und schnell einzustellen ist, aber trotzdem den Genauigkeitsanforderungen genügt.The invention has for its object to a measuring system develop that is small, compact and quick to set up, but still meets the accuracy requirements.

Diese Aufgabe wird bei einem Gerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der induktive Geber in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, dessen Höhe über eine schiefe Nut oder ein Gewinde einstellbar ist, und daß der Kern des induktiven Gebers an seinem oberen und unteren Ende an einer ebenen, spiralförmig gearbeiteten Feder befestigt ist. Der induktive Geber erfaßt Wege in Bruch teilen von Mikrometern. Entsprechend genau muß auch die Null position des Gebers eingestellt werden. Die schiefe Nut oder das Gewinde bestimmt durch seine Steigung die Höhenänderung des Gebers pro Drehwinkel. Mit entsprechender Dimensionierung ist eine ausreichende Positionierung möglich. Die Federn am oberen und unteren Ende des Geberkerns sorgen für die elastische Rückstellkraft und für die Geradführung des Geberkerns. Die Bohrung des Gebers begrenzt den seitlichen Weg des Geberkerns.This task is performed on a device of the type mentioned at the beginning Art solved according to the invention in that the inductive Encoder is arranged in a cylindrical housing, the Height adjustable via an oblique groove or a thread and that the core of the inductive encoder is at its top and lower end on a flat, spiral worked Spring is attached. The inductive encoder detects broken paths divide by micrometers. The zero must also be correspondingly precise position of the encoder. The crooked groove or the thread determines the change in height due to its pitch of the encoder per angle of rotation. With appropriate dimensioning sufficient positioning is possible. The feathers on upper and lower ends of the encoder core ensure the elastic Restoring force and for straight guidance of the encoder core. The Bore of the encoder limits the lateral path of the encoder core.

Am Geberkern sind Dämpfungsscheiben angebracht. Schwingungen werden dadurch klein gehalten oder auf Einschwingvorgänge be grenzt. Wird der Kern bewegt, wirkt auf die Dämpfungsscheibe eine durch den Luftwiderstand verursachte, bremsende Kraft. Im statischen Fall bewirkt der Schlitz zwischen Dämpfungs scheibe und Gewindering einen Druckausgleich. Die Dämpfung ist nur geschwindigkeitsabhängig. Außerdem begrenzen die Dämpfungs scheiben den Weg des Kerns entlang der Längsachse des in duktiven Gebers. Der Geberkern hat damit insgesamt wenig Frei heit in seiner Bewegung, eine Zerstörung der Federn wird dadurch verhindert. Damping discs are attached to the encoder core. Vibrations are kept small or be on transient processes borders. If the core is moved, it acts on the damping disc a braking force caused by air resistance. In the static case, the slot between damping washer and threaded ring equalize pressure. The damping is only speed-dependent. Also limit the damping slice the path of the core along the longitudinal axis of the in ductive donor. The donor core thus has little overall freedom movement, a destruction of the feathers thereby prevented.

Die Spiralfedern sind als Bigebalken aus einem ebenen Blech herausgearbeitet. Die Federkonstante wird durch Verlängerung des Balkens dadurch verkleinert, indem man den Balken zu ei ner Spirale aufwickelt. Ein Einbau mit gegensinniger Wicklung der beiden Federn verhindert ein Verdrehen des Geberkerns.The spiral springs are big bars made of a flat sheet worked out. The spring constant is extended of the bar by reducing the bar to egg coiled up a spiral. Installation with opposite winding of the two springs prevents the encoder core from twisting.

Am unteren Ende des Geberkerns ist ein Gewinde für die Befesti gung des Wilhelmy-Platten-Halters vorgesehen. Der Platten halter kann je nach Anwendungsfall verschiedene Länge haben. Durch das Gewinde am Geberkern kann der Plattenhalter leicht gewechselt werden und ist durch Konterung mit einer Gewinde hülse gegen Verdrehen sicherbar.At the lower end of the encoder core is a thread for the fasteners provided the Wilhelmy plate holder. The plates holder can have different lengths depending on the application. Due to the thread on the encoder core, the plate holder can be easily can be changed and is countered with a thread sleeve can be secured against twisting.

Zur Messung fließt die Flüssigkeit im Behälter an der Wilhelmy-Platte vorbeistreichend ab. Die Wilhelmy-Platte bleibt nahezu in Ruhe während sich der Flüssigkeitsspiegel senkt. Durch ein langsames Ablaufen der Flüssigkeit wird jede störende Erschütterung vermieden.The liquid flows in the container at the Wilhelmy plate passing by. The Wilhelmy plate remains almost at rest while the liquid level lowers. By slowly draining the liquid avoided any disturbing vibrations.

Eine Auswerteelektronik hält den Maximalwert der Kraft fest und zeigt sie in Einheiten der Oberflächenspannung an. Während sich der Flüssigkeitsspiegel im Behälter senkt, sinkt auch die Eintauchtiefe der Wilhelmy-Platte. Dadurch verringert sich der Auftrieb der Platte bis er kurz vor dem Abriß der Flüssigkeit Null wird. Der Auftrieb wirkt sich derart aus, daß, solange er existiert, die Oberflächen spannung zu klein gemessen wird. Wenn der Auftrieb Null ist, ist die Kraft auf die Wilhelmy-Platte maximal und ein Maß für die Oberflächenspannung. Mit Kenntnis des Plattenumfangs kann für diese Kraft die Oberflächenspannung angezeigt werden. An evaluation electronics records the maximum value of the force and displays them in units of surface tension. As the liquid level in the tank lowers, the immersion depth of the Wilhelmy plate also decreases. Thereby the buoyancy of the plate decreases until it is just before Demolition of the liquid becomes zero. The buoyancy takes effect such that, as long as it exists, the surfaces voltage is measured too small. If the buoyancy is zero, the force on the Wilhelmy plate is maximum and a measure for the surface tension. With knowledge of the plate circumference the surface tension can be displayed for this force.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nun ein Gerät zur Messung der Oberflächenspannung in der kompakten Form eines kleinen Zylinders vorliegt zu dem noch eine Auswerteelektronik und ein Flüssigkeitsbehälter gehören. Es ist möglich, das Gerät wegen seiner Bedienungsfreundlichkeit und seiner unempfindlichen Bauweise außerhalb des Labors ein zusetzen.The advantages achieved with the invention are in particular in that now a device for measuring the surface tension in The compact shape of a small cylinder is also available evaluation electronics and a liquid container belong. It is possible to use the device because of its ease of use and its insensitive construction outside of the laboratory clog.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigtAn embodiment is shown in the drawing and is described below. It shows

Fig. 1 einen perspektivischen Teilschnitt durch das Gerät, Fig. 1 is a perspective partial section through the device,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Spiralfedern. Fig. 2 is a plan view of the coil springs.

In der Bohrung eines induktiven Gebers (1) befindet sich ein ferromagnetischer Kern (2). Der Kern ist an zwei Federn (3, 4) aufgehängt. Diese Federn übernehmen gleichzeitig die Gerad führung des Kerns. Auf den Kern sind zwei Gewindehülsen (5) ge klebt. Die Federn werden jeweils zwischen Hülse (5) und Mutter (6) geklemmt. Die Federn liegen auf einem Absatz des Gehäuses ( 7) auf und werden mit Gewinderingen (8, 9) befestigt. Der induktive Geber befindet sich in in einer Geberhülse (10). Die Geberhülse kann mit der Schraube (11), die durch ein schräges Langloch im Gehäuse führt, gehoben oder gesenkt werden. Am Plattenhalter (12) wird die Wilhelmy-Platte geklemmt. Zusätz lich sitzen auf dem Geberkern Dämpfungsscheiben (13, 14). Die Deckel (15, 16) begrenzen das dämpfende Volumen und schließen das Innere des Systems ab. Der Plattenhalter (12) ist auf den Kern geschraubt und klemmt mit gebogenen Blechen die Wilhelmy- Platte (18). Die Leitungen für die Stromversorgung und das Meß signal werden durch Löcher (17) in der Außenhülse zum Geber geführt. Der Flüssigkeitsbehälter (19) hat am unteren Ende einen Abfluß, durch den die Flüssigkeit ablaufen kann.A ferromagnetic core ( 2 ) is located in the bore of an inductive sensor ( 1 ). The core is suspended from two springs ( 3, 4 ). At the same time, these springs take over the straight guidance of the core. Two threaded sleeves ( 5 ) are glued to the core. The springs are clamped between the sleeve ( 5 ) and nut ( 6 ). The springs rest on a shoulder of the housing ( 7 ) and are fastened with threaded rings ( 8, 9 ). The inductive sensor is located in a sensor sleeve ( 10 ). The encoder sleeve can be raised or lowered using the screw ( 11 ) that runs through an oblique slot in the housing. The Wilhelmy plate is clamped on the plate holder ( 12 ). In addition, damping discs ( 13, 14 ) sit on the encoder core. The covers ( 15, 16 ) limit the damping volume and close off the interior of the system. The plate holder ( 12 ) is screwed onto the core and clamps the Wilhelmy plate ( 18 ) with bent sheets. The lines for the power supply and the measurement signal are routed through holes ( 17 ) in the outer sleeve to the encoder. The liquid container ( 19 ) has a drain at the lower end through which the liquid can drain.

Claims

1. Device for inductive measurement of the surface tension of liquids according to the Wilhelmy principle with an inductive sensor, in which the core is connected to the Wilhelmy plate and at least one of its ends is attached to a spring by the force generated during the measurement acts on the Wilhelmy plate, is deflected, characterized in that the inductive transmitter ( 1 ) is arranged in a cylindri's housing ( 7 ), the height of which is adjustable via an oblique groove or a thread, and that the core ( 2 ) of the inductive sensor is attached at its upper and lower end to a flat, spirally worked spring ( 3, 4 ).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that damping discs ( 13, 14 ) are attached to the core ( 2 ).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the spiral spring ( 3, 4 ) is worked out as a bending beam from a flat sheet.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that at the lower end of the core ( 2 ) a thread is provided for fastening the Wilhelmy plate holder ( 12 ).

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that a Evaluation electronics is provided, which for measuring the Maximum value of the force holds and in units of the upper surface tension.