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Gasvoltameter mit einer Gitterelektrode vor einer Elektrodenkammer,
an die ein wenigstens an einer Stelle auf kapillares Maß verengtes Saugrohr angeschlossen
ist. Bei einer bekannten Art von Gasvoltametern wird als Elektrode ein stromleitendes
Gitter mit feinen Öffnungen verwendet, das eine >:Elektrodenkammer« gegen den Elektrolyten
im Voltametergefäß abschließt und dazu bestimmt ist, durch die Flüssigkeitshäute,
,die seine öffnungen überspannen, das Eindringen des Elektrolyten in die Elektrodenkammer
zu verhindern und so eine Gasfüllung dieser Kammer zu erhalten. Solche
Elektroden
wurden bisher bei Wasserstoffgasvoltanietern hauptsächlich als Kathoden verwendet;
sie zeigen tatsächlich die beabsichtigte Wirkung, jedoch mit Sicherheit nur dann,
wenn das Voltameter feststeht oder nur ruhig bewegt wird. Man hat beobachtet, daß
manchmal der Elektrolyt .durch die Gitterelektrode in die Kammer eindringt und das
Gas heraustreibt, wenn das Voltameter stoßweise bewegt oder heftig erschüttert wird.
Auf .diese Beobachtung, die man als »Ertrinken:< der Gitterelektrode bezeichnen
kann, wird (lie Erscheinung zurückgeführt, daß gelegentlich Elektrizitätszähler
mit Wasserstoffgasvoltametern nach dem Eisenbahntransport mit ertrunkenen Gitterelektroden
am Bestinitnungsort ankommen, Dies ist ein erheblicher Mangel solcher Geräte; denn
der Zähler mit ertrunkener Elektrode registriert nicht sogleich nach der Inbetriebnahme.
Bei Stromdurchgang muß sich zuerst die Elektrodenkarniner mit Gas füllen, und erst
wenn dies geschehen ist, geht Gas in das Meßrohr, beginnt also das Registrieren.
Die Elektrizitätsmenge, die der Gasfüllung der Elektrodenkammer äquivalent ist,
geht für die Registrierung verloren.
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Dieser Mangel soll durch die neue Einrichtung beseitigt werden, die
den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet. Sie kann als eine weitere Ausbildung
der Einrichtung aufgefaßt werden, die in der deutschen Patentschrift 344894 beschrieben
und dort durch Abb. 6 veranschaulicht ist.
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In Abb. i der Zeichnung ist diese Einrichtung nochmal dargestellt,
um durch den Vergleich die Erklärung des Besonderen der neuen Einrichtung zu erleichtern.
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Abb. -> ist eine Seitenansicht eines Voltanieters mit der neuen Einrichtung,
teilweise im Schnitt.
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Abb.3 ist eine Stirnansicht dieses Voltameters von der Meßrohrseite
aus gesehen. Abb. d. ist ein Horizontalschnitt des Voltameters nach den Ebenen P-Q
und R-S von Abb. 2.
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Abb. 5 ist eine Stirnansicht, Abb.6 ein Vertikalschnitt und Abb. fi
ein Horizontalschnitt der Gitterelektrodenkammer des Voltameters in vergrößerem
Maßstab.
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Abb.8 ist ein Teil der Gitterelektrode noch mehr vergrößert.
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Abb. 9 zeigt eine Abänderung -der Elektrodenkammer im Vertikalschnitt
entsprechend Abb. 6.
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Abb. io ist ein Aufriß und Abb. i i ein Grundrißschnitt der Anode
des Voltameters nach Abb.2 bis d. in vergrößertem Maßstab.
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In Abb. i ist L' ein Teil des gläsernen Voltametergefäßes, K eine
an seine Wand angeschmolzene Kammer, r ein mit der Wand des Gefäßes 1' und mit .der
Kammer K verschmolzenes Saugrohr, das bei f' in das Gefäß 1- ausmündet. st ist die
mit ihrem Rand ins Glas eingeschmolzene Gitterelektrode, die ,lie Kammer K gegen
den Elektrolyten im Gefäß 1' abschließt. G ist die größte, mittels eine:- \ adel
auf ein bestimmtes Normalmaß erweiterte Üffnung der Elektrode, die als Gasaustrittsöffnung
dient. D ist ein ins Saurohr r geschobener Bausch Glaswolle, der die Bewegung des
Elektrolyten im Saugrohr durch heil;ung verlangsamen soll. V ist der Normalspiegel,
das ist das Niveau, auf das sich der Elektrolyt in dem aus Elektrodenkammer und
Saugrohr gebildeten Raum einstellen soll.
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Diese bekannte Einrichtung soll folgendermaßen wirken: Wenn die Elektroden
ertrunken ist, die Kammer K sich also mit Elektrolyten gefüllt hat, so wird durch
Kippen des Voltameters der Elektrolytspiegel im Gefäß 1' unter die Gitterelektrode
n so weit gesenkt, daß die Flüssigkeitshaut über .der Üffnung G die Elektrolytsäule
in dem aus der Kammer K und dem Saugrohr r gebildeten Raum nicht mehr tragen kann,
sondern durchreißt, so daß Gas, der zurückweichenden Flüssigkeitssäule folgend,
in die Elektrodenkammer eintreten kann. Wird dann durch entsprechende Bewegung des
Voltameters der Elektrolytspiegel im Gefäß Il wieder gehoben, so hebt sich in gleichem
Maße der Spiegel im Saugrohr r unter Austreibung von Gas aus der Kammer K. Er bleibt
schließlich stehen in solcher Tiefe unter der Gasaustrittsöffnung G, daß die Spannung
.der Flüssigkeitshaut über dieser öffnung dem Gasdruck in der Kammer gerade das
Gleichgewicht hält.
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Die Maßverhältnisse der Einrichtung sollen so gewählt werden, daß
bei diesem Gleichgewichtszustand der Elektrolytspiegel nahe dein unteren Ende -der
Gitterelektrode, bei 1', stehenbleibt. Denn ein möglichst kleiner Gasraum hinter
der Gitterelektrode ist erwünscht zur Vergleichmäßigung der Registrierung.' Je kleiner
nämlich der fragliche Gasraum ist, desto kleiner ist die Elektrizitätsmenge, die
erforderlich ist, um in der Kammer die für Austreibung einer Gasblase durch die
Öffnung G erforderliche Drucksteigerung hervorzurufen.
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Bei der praktischen Ausführung dieser Einrichtung hat sich nun folgende
Unbequemlichkeit ergeben: Um den Normalspiegel am unteren Ende der Gitterelektrode
zu erhalten, muß man die Elektrode sehr hoch ausführen unter Verlegung,der Gasaustrittsöffnung
G an ihren oberen Rand, wenn diese Öffnung so klein sein soll, daß die sie überspannende
Flüssigkeitshaut beim Beklopfen des Volta-
Bieters sicher standhält
und daß bei Stroinlurchgang Gas in genügend kleinen Bläschen aus der Elektrodenkammer
entweicht. Ulitcldieser Voraussetzung muß die Höhe der Elektrode mehr als 2o mm,
am besten -to bis j59 nnn, betragen bei einem Durchmesser der Gasaustrittsöffnung
von etwa 0,35 mm. Elektroden solcher Ht''lie nehmen aber viel Platz in Anspruch,
der besser für die Verlängerung des lleßrolires ausgenutzt werden kann, und sie
sind unwirtschaftlich, weil bei der langen und schmalen Gestalt der Elektrode, die
aus Gründen der Billigkeit gewählt werden muß, (lei- ins Glas eingeschmolzene Rand,
@ler als Nutzfläche veriorengeht, einen übermäßig großen Teil der Gesamtfläche fier
Elektrode ausmacht.
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Diese Unbequemlichkeit zu überwinden «-ar die Aufgabe, die mit der
vorliegenden Erfindung gelöst worden ist. Die Lösung ist ,larin gefunden worden,
daß das an die Elelctrodenkammer angeschlossene Saugrohr auf kapillares -Maß verengt
wird an wenigstens einer Stelle, deren Abstand von der Gasausirittsöffnung der Gitterelektrode
kleiner ist als .die Höhe der Elektrolytsäule, die von der 1#lüssigkeitshaut über
rler Gasaustrittsöffnung gerade noch getragen werden kann.
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Durch diese Einrichtung wird es möglich, Gitterelektroden von weniger
als i qcin Fläche mit kreisförmiger, quadratischer oder einer anderen vollen Gestalt
zu verwenden, die Weite der Gasaustrittsöffnung auf die Größenordnung von % mm herabzudrücken
und Gien Gasraum hinter der Gitterelektrode auf kleinstes Maß zu vermindern. :Ulan
kann den Elektrolytspiegel im Saugrohr .dicht an die Elektrodenkammer heranrücken,
wenn man die kapillare Verengung an die Stelle legt, wo das Saugrohr an die Elektrodenkammer
angeschlossen ist. Dabei ist es für die Herstelhing und für die Wirkung der Einrichtung
besonders vorteilhaft, das ganze Saugrohr als Kapillare auszuführen.
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Diese Ausführung ist für das Voltameter gewählt, das auf der Zeichnung
dargestellt ist. Das Voltametergefäß b' hat die bekannte, einer Tabakpfeife ähnliche
Gestalt eines [J-Rohres mit dein längeren Schenkel h" der ,das Heßrohr bildet, und
dein kürzeren weiten Schenkel 1'" der die Anode A und über dein Elektrolytspiegel
E einen Wasserstoffgasvorrat enthält und einen Fortsatz I', trägt, auf den eine
Rolle aus Widerstandsdraht aUfgesteckt werden kann. Das Meßrohr ist auf ein kurzes
weiteres Rohr I'., aufgesetzt, das in seinem unteren Teil die Elektrodenkammer I%
enthält.
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Die Elektrodenkammer ist nicht an die Wand des Voltameter gefäßes
L' angeschmolzen, sondern sie ist als eine kl,-ine Glasschale ausgebildet und an
das Ende des KapilIarrohres r angeschmolzen, das als Saugrohr dient. Die Elektrolenkammer
und das Saugrohr werden als ein Ganzes für sich hergestellt und im Voltanietergefäß
gelagert. Sie werden getragen von zwei angeschmolzenen Glasfüßchen K1 und r1, die
auch an die Wand des Gefäßes h angeschmolzen sind. Die Kaminer 1i ist mit einem
feinen kreisförmigen Golddrahtnetz n überspannt, das an seinem Umfang in das Glas
eingeschmolzen ist. Eine Masche G des -Netzes ist mit einer Nadel oder Reibahle
auf ein bestimmtes normales llaß vergrößert. .Das Drahtnetz ist mit dein Zuleitungsdraht
ti, verschweißt, der in das Glasfüßchen K, eingebettet ist. Das Saugrohr r ist aus
dem Raum V, unter dem Meßrohr, der als Auffangtrichter für die aus der Elektrodenkammer
entweichenden Gasblasen dient, nach oben in den Anodenraum h., hinüberführt.
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Die Anode .l besteht aus einem Stück Platinfolie A" das auf einen
Glaszylinder A, aufgewickelt ist. Der Glaszylinder wird von -geschmolzenen Füßchen
A" A, getragen, die auch mit der Wand des Gefäßteiles V., verschmolzen sind.
Die Platinfolie .1, wircl beim Anschmelzen dieser Füßchen an den Glaszylinder mit
angeheftet. Der Zuleitungsdralit A" der Anode ist in das Glasfüßchen A., eingebettet.
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Die Kapillare r ist bei der Ausführung nach den Abb. 5 und 6 so mit
der Kammer K vereinigt, daß ihre Seele bei r, wenigstens ungefähr senkrecht zu einem
Wandteil der Kammer unvermittelt ausmündet. Bei der Ausführung nach Abb. 9 wird
der Übergang von der Kapillare zur Elektrodenkammer durch eine trichter artige Erweiterung
r3 vermittelt.
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Die Kathodeneinrichtung wirkt in folgender Weise: Ist die Elektrode
yz ertrunken, so wird das Voltameter aus der in Abb.2 gezeichneten Stellung gegen
den Uhrzeigersinn gedreht. Wenn schließlich das Voltaineter um 18o° gedreht ist,
wobei das in Abb. 2 obere Ende des Saugrohres unter dem Elektrolyt= spiegel bleibt,
ist die Flüssigkeitssäule in dem Sangrohr so hoch, daß sie von der Flüssigkeitshaut
über der öffnung G der Elektrode a nicht mehr getragen werden kann. Die Flüssigkeitshaut
reißt durch und der Elektrolyt in der Kammer entleert sich durch das Saugrohr. Diese
Entleerung findet ein Ende, wenn der zurückweichende Elektrol_vtspiegel in der Kammer
an die kapillare Enge -r_ (Abb.6) oder in den engen Teil des Trichters r3 (Abb.
9) gelangt. Denn nun bildet sich hier eine neue Flüssigkeitshaut Tiber einer kapillaren
COffnung, die .das weitere Zurücksinken des Elektrolyten im Saugrohr verhindert.
Die
Kammer K hat sich inzwischen vollständig mit Gas gefüllt. Wird nun das Voltameter
wieder umgekehrt und in .die ursprüngliche Lage gemäß Abb.2 gebracht, so bleibt
der Flüssigkeitsfaden in dem Saugrohr stehen. Er sinkt zwar etwas gegen die Kammer
K hin nach, aber das Eintreten des Elektrolyten in die Kammer wird durch die Flüssigkeitshaut
zwischen Kapillare und Kammer verhindert. Der Flüssigkeitsfaden im Saugrohr bildet
somit einen Flüssigkeitsverschluß für die Elektrodenkammer. Er führt bei Belastung
des Voltameters ein gewisses Spiel aus, indem er sich ein wenig hebt, wenn der Gasdruck
in der Kammer steigt, und wieder zurücksinkt, wenn eine Gasblase durch :die Öffnung
G austritt.
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Es ist zu beachten, daß bei der neuen Einrichtung das Saugrohr r nur
so lange wie das gleichbezeichnete Saugrohr der bekannten Einrichtung gemäß Abb.
i wirkt, bis bei der Entleerung der Kammer der Elektrolytspiegel die kapillare Enge
des Saugrohres erreicht. Mit der Hemmung, die die Bewegung des Elektrolyten in diesem
Augenblick durch die kapillare Verengung .erfährt, ist eine neue Wirkung in dem
Vorgang eingeführt, die sich bei der bekannten Einrichtung nicht findet. Das kapillare
Saugrohr verhindert dabei durch Flüssigkeitsreibung eine allzu schnelle Ströinung
des Elektrolyten und vermindert so die Massenkräfte, die bei der Hemmung der Flüssigkeitsbewegung
durch die kapillare Verengung des Saugrohres auftreten. Wenn das Saugrohr hinter
der kapillaren Verengung wieder erweitert wird, so besteht die Gefahr, daß die Massenkräfte
der Flüssigkeitssäule im weiteren Teile des Saugrohres bei der Hemmung ihrer Bewegung
die Flüssigkeitshaut an der verengten Stelle durchreißen. Als Mittel zur Verminderung
der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten übt das kapillare Saugrohr der neuen
Einrichtung nebenbei dieselbe Wirkung aus, wie der dem gleichen Zweck dienende Glaswollebausch
D bei der bekannten Einrichtung, der ebenfalls eine Verengung des Saugrohres auf
kapillares Maß bewirkt.
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Die Führung des Saugrohres aus dem Raum unter dem Meßrohr nach oben
in den Anoden-Behälter, die das Voltameter gemäß Abb.2 bis 4 zeigt, ist für die
Ausführung der Erfindung nicht- unerläßlich. Jede andere Führung des Saugrohres,
die es möglich macht, durch Kippen des Voltameters die Gitterelektrode auf die erforderlicheHöhe,
die 4o bis 5o mm betragen soll, auszutauchen, ist brauchbar. Aber die gezeichnete
Saugrohrführung ist am vorteilhaftesten, weil sie weder eine besondere Formgebung
für das Voltametergefäß nötig macht, noch die Meßrohrlänge bei gegebener Gesamthöhe
des Voltameters vermindert.
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Statt einer Kapillare mit einer Seele kann auch eine Kapillare mit
mehreren Seelen als Saugrohr verwendet werden.