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Vorrichtung zur selbsttätigen Aufzeichnung maßanalytisch zu verfolgender
Vorgänge. Es ist bereits bekannt, die Veränderungen des physikalischen Zustandes
von Flüssigkeiten mit Hilfe der hierbei auftretenden Kräfte aufzuzeichnen, indem
diese auf einen Schreibstift oder eine Schreibfeder wirken, der an einer sich drehenden
Trommel o. dgl. entlanggleitet.
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Es ist auch schon bekannt, auf einen fortlaufend geführten Lackmusstreifen
in kurzen Pausen kleine Mengen einer zu prüfenden Flüssigkeit in Punktform aufzutragen
und bei bekannter Geschwindigkeit des Registrierstreifens nachträglich festzustellen,
zu welchen Zeiten die Flüssigkeit einen Überschuß an Säure oder Alkali hatte oder
neutral war.
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Die Erfindung bezweckt nun, ähnliche chemische Vorgänge mittels einer
eigens zu diesem Zweck gebauten Vorrichtung quantitativ aufzuzeichnen.
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In der einfachsten Form würde eine hierzu dienende Vorrichtung folgendermaßen
arbeiten. Eine abgemessene Menge der zu untersuchenden
Flüssigkeit
befindet sich in einem Gefäß und gelangt von da zu einer Schreibtrommel, auf der
sie mit Hilfe einer geeigneten Schreibvorrichtung fortlaufend eine Spur hinterläßt.
Die Titerflüssigkeit läuft in der üblichen Weise langsam zu der ersterwähnten Flüssigkeit
zu. Ein etwa auftretender Farbenumschlag muß sich also auch auf der Registriertrommel
aufzeichnen. Da hierbei niemand anwesend ist, kann der Zufluß der Titerflüssigkeit
nicht, wie es sonst geschieht, im Augenblick des Farbenumschlags abgesperrt «-erden,
sondern er muß bis zu einem Höchstbetrag fortdauern. Diesen Höchstbetrag wählt man
so, daß die Titerflüssigkeit hierbei sicher im Überschuß ist, es also wirklich zu
einem Farbenumschlag kommt. Wird später aus dem Registrierstreifen ersehen, in welchem
Zeitpunkt der Farbenumschlag eintrat, so läßt sich berechnen, wieviel Titerflüssigkeit
in diesem Zeitpunkt bereits zugelaufen war, woraus sich der gesuchte Gehalt ergibt.
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In der Praxis wird man natürlich nicht für jede einzelne Analyse eine
bestimmte Menge der Flüssigkeit abmessen oder durch eine umständliche Vorrichtung
abmessen lassen. Da die Flüssigkeit im praktischen Betrieb doch in beliebiger Menge
zur Verfügung steht, verwendet man statt einmalig abgemessener Flüssigkeitsmengen
besser einen unter bestimmtem Gefälle zulaufenden Flüssigkeitsstrom. Es muß die
Titerflüssigkeit dann stets in so großer Menge, gegebenenfalls mit wachsender Schnelligkeit,
zufließen, bis das gewollte höchste -Mischungsverhältnis erreicht ist. Danach kann
der Zufluß von Titerflüssigkeit einen Augenblick abgeschlossen und wieder von vorn
mit dem Zufluß der kleinsten Menge begonnen werden, oder es kann die zufließende
Menge langsam wieder abnehmen, also alle -Mischungsverhältnisse wieder in umgekehrter
Richtung durchlaufen, worauf das Spiel von vorn beginnt. Jeder Richtungswechsel
schließt dann eine Analyse ab und leitet eine neue ein.
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Ferner ist es wünschenswert, statt einer Berechnung des Analysenergebnisses
auf Grund der bis zum Farbenumschlag verflossenen Zeit, es gleich als Diagramm in
ein Koordinatensystem eintragen und hieraus ablesen zu können. Hierfür gibt man
der Erfindung gemäß der.Schreibvorrichtung eine Eigenbewegung, deren Schnelligkeit
und Verlauf mit der Art der Beimischung der Titerflüssigkeit übereinstimmen muß.
Da diese Beimischung periodisch die gleichen Phasen durchläuft, muß auch die davon
abhängige Bewegung der Schreibvorrichtung sich in entsprechenden Zeitabschnitten
wiederholen, am einfachsten in Form eines entsprechenden Auf= und Absteigens an
der Schreibtrommel. Ebensogut kann natürlich auch die durch gleichzeitige Bewegung
der Schreibvorrichtung und der Schreibfläche entstehende gegenseitige Bewegung beider
Teile durch eine solche eines Teiles allein ersetzt werden, wenn nur als Ergebnis
eine Kurve erscheint, die sich in zwei Koordinaten auflösen läßt, deren eine einen
Maßstab für das Mischungsverhältnis und deren andere ein Maß für die verflossene
Zeit gibt.
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Abb. i stellt dementsprechend ein auf einem Registrierstreifen i aufgezeichnete
Diagramm dar, das folgendermaßen gewonnen ist: Der Streifen i war in seiner Längsrichtung
um die durch ein Uhrwerk gedrehte Registriertrommel gewickelt; an ihr führte die
von der Flüssigkeit fortlaufend benetzte Schreibfeder eine auf und ab steigende
Bewegung aus. Die diese Bewegung hervorrufende Vorrichtung war zwangläufig verbunden
mit einer andern Vorrichtung, z. B. einem verstellbaren Hahn, wodurch wechselnde
-Mengen Normalflüssigkeit zu der Schreibflüssigkeit zutraten. Die zu untersuchende
Flüssigkeit zeigte eine Eigenschaft, die dem in dem Streifen enthaltenen Indikatorstoff
eine rote Färbung gab, während die -Normalflüssigkeit geeignet war, diese Eigenschaft
der Untersuchungsflüssigkeit zu neutralisieren. Bei einer höhern Stellung der Schreibvorrichtung
war die Titerflüssigkeit im Cberschuß, so daß die nunmehr nicht färbende Flüssigkeit
hier keine Spur hinterlassen konnte. Bei einer tiefern Stellung der Schreibvorrichtung
war die zu untersuchende Flüssigkeit im Überschuß, so daß also hier eine Spur 2,
und zwar in roter Farbe, zu sehen war, deren obere Grenze durch die ini Zickzack
eingezeichneten Linien ersichtlich gemacht ist. Der Umschlagpunkt dazwischen ist
der jeweilige Neutralitätspunkt, dessen Lage ein Maßstab für den Gehalt ist. Da
jedem Stand der Schreibvorrichtung immer wieder das gleiche Mischungsverhältnis
entspricht, ließ sich dieses durch Versuche mit bekannter Lösung ermittelte Mischungsverhältnis
oder der diesem entsprechende Prozentgehalt, auch unmittelbar als Linie 3 in <las
Diagramm einschreiben, in dem nun die Umschlagspunkte als Ordinaten bezogen auf
die durch die Abszissen gegebenen Zeiten ausgewertet werden können. So ist z. B.
aus dem ausgebildeten Diagramm ersichtlich, daß der Gehalt der fraglichen Flüssigkeit
in der Zeit von 7 bis 8 Uhr auf fast das Doppelte gestiegen ist.
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Was nun die zur Herstellung solcher Diagramme dienenden Vorrichtungen
betrifft, so seien im folgenden einige allgemeine Gesichtspunkte vorausgeschickt,
Die nötige ständige
Änderung des Mischungsverhältnisses bedeutet
eine Änderung der Mengen zusammenfließender Flüssigkeiten. Eine solche kann bei
Ausfluß aus Gefäßen mit sich gleichbleibender Flüssigkeitshöhe entweder durch Änderung
des .@ttsflußqttersclinittes durch Verstellung von Hähnen geschehen, wobei bekannte
Bauarten aller- Art zur Anwendung gelangen können, oder aber so, daß die Ausflußöffnung
bei sich gleichbleibendem Querschnitt gehoben oder gesenkt wird, wobei infolge des
verschiedenen Gefälles die ausfließende Menge heim Heben der Ausflußöffnung ab und
beim Senken zunimmt. Setzt man nun zwei Gefäße mit verschiedenen hohem, im übrigen
sich gleichbleibendem Flüssigkeitsstand nebeneinander, und hält man ihre beweglichen
Ausflüsse auf jeweils gleicher Höhe, so ändert sich mit dieser Höhe nicht allein
die Menge der insgesamt ausfließenden Flüssigkeit, sondern auch das Mischungsverhältnis
der beiden Anteile. Sind die beiden Höhen z. B. a und b, so ist das Mischungsverhältnis
der ausfließenden Menge a : b. Bei Heben der Ausflüsse um das gleiche Stück
s vermindern sich beide Höhen um diesen Betrag, das Verhältnis wird also a-s
: b-s, d. h. es ändert sich hyperbolisch mit wechselndem s. Statt beide Ausflüsse
beweglich zu machen, kann man auch beiden Gefäßen einen gemeinsamen beweglichen
Ausfluß geben, wobei die Abmessungen der verbindenden Teile so zu wählen sind, dal.l
ein Lbersteigen von -Flüssigkeit vom h5heren auf den niederen Stand vermieden wird.
Immerhin bleibt hierbei die Gefahr einer Diffusion der beiden Flüssigkeiten, besonders
in dem Grenzfall, wo die zufließende Menge der einen Flüssigkeit gleich Null ist.
'Um diese Gefahr auszuschließen, gibt man zweckmäßig der Ausfluß- und .Nlischungsvorrichtung
die in Abb. 2 schemaiisclt und beispielsweise dargestellte Form. Hier sind zwei
Gefäße q. und 5 mit verschiedenen Flüssigkeiten vorhanden, die mit ihren untern
spitzen Enden luftdicht an ein geschlossenes Mischgefäß 6 anschließen, das einen
einzigen, auf und nieder beweglichen Ausfluß 7 besitzt. Dieser stellt also den '-eineinsamen
Ausfluß beider Zuflußgefäße dar, und mit seinem Heben oder Senken muß die insgesamt
in der Zeiteinheit ausfließende Menge ebenso wie das Mischungsverhältnis der Anteile
sich ändern. Das Mischgefäß bleibt im Laufe des Betriebes nur bis zu einer bestimmten
Höhe gefüllt, so daß die zufließenden Anteile vor ihrer Mischung durch ein Luftpolster
getrennt bleiben und Diffusion oder Übersteigen auch bei Stillstand der Vorrichtung
unmöglich ist. Der mathematische Ausdruck für das Mischungsverhältnis verliert hierdurch
allerdings an Einfachheit, da unter anderm auch die von der Außentemperatur abhängige
Spannung der eingeschlossenen Luft von Einfluß auf ihn ist. Doch lassen sich dieser
und andere Einflüsse durch geeignete Wahl der Größenverhältnisse praktisch ausschalten.
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Verlegt man nun den Ausfluß dieses Mischungsgefäßes in die Schreibvorrichtung
selbst, so muß zu jedem Höhestand dieser Schreibvorrichtung von selbst ein bestimmtes
Mischungsverhältnis der ausfließenden Flüssigkeit gehören. Es wird also neben dem
mechanisch einfachen Antrieb der auf und nieder steigenden Schreibvorrichtung ein
fernerer 3Iechanismus zur Regelung des Beimischens überflüssig.
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Nach Abb. 3 ist das Ausflußrohr 7 als Heber ausgebildet, indem zwischen
dasselbe und (las Mischgefäß 6 noch ein [J-Rohr 8, 9 eingeschaltet ist. In dessen
offenes Ende 9 taucht der Heber 7 ein, dessen Ausflußende sich somit immer je nach
der Höhenlage der noch näher zu beschreibenden, von da aus zu versorgenden Schreibfeder
einstellen läßt. Diese Einstellung kann von der nämlichen Vorrichtung aus erfolgen,
die auch die Schreibfeder selbst bewegt, so daß immer alles in genauer Übereinstimmung
bleibt.
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Abb. .I und 5 geben in senkrechtem Schnitt und Vorderansicht einen
vollständigen Apparat, der im übrigen in jeder beliebigen Art und Weise und namentlich
auch aus einem den klimatischen Verhältnissen und den chemischen und physikalischen
Eigenschaften der in Betracht kommenden Flüssigkeiten entsprechenden Material ausgeführt
sein kann.
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Hierbei sind io und i i die Zuflüsse für die Flüssigkeiten, deren
Einwirkung aufeinander in dem Apparat beobachtet werden soll. Die Flüssigkeiten
gelangen dann in die Gefäße q. und 5, in denen einstellbare Überläufe 12 find 13
für stetigen Abfluß der überschüssig zugeführten Flüssigkeitsmengen sorgen, die
durch die Rohre 14 und 15 abgeführt und nach Bedarf weiterverwendet werden können.
Ein Teil der einfließenden Flüssigkeit gelangt dann in den ,Mischraum 6. Dieser
ist -zweckmäßig mit Glasscherben o. dgl. gefüllt, um durch deren unregelmäßige Oberfläche
die Mischung zu beschleunigen und toten Raum auf ein Mindestmaß zu bringen. Es ist
hierzu zu bemerken, daß die in dem -Mischraum und in dem Zuführungsschlauch befindliche
gemischte Flüssigkeit den Umschlag auf den Registrierstreifen etwas später in die
Erscheinung treten läßt, *als nach dem Stand der Schreibvorrichtung zu erwarten
wäre. Diese bei der Eichung des Apparates zu berücksichtigende Verschiebung wird
um so kleiner, je kleiner der Raum des Mischers und je größer
die
Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist. Letztere kann jedoch infolge des mit ihr wachsenden
Verbrauches an Titerflüssigkeit nicht beliebig gesteigert werden.
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Vom Mischer 6 gelangt die gemischte Flüssigkeit durch das Rohr 16
und den Zuführungsschlauch 17 zur Schreibvorrichtung. Da in diesem Flüssigkeitslauf
nirgends eine Verbindung mit der Außenluft vorhanden ist, stellt der Ausfluß des
Zuführungsrohres in der Schreibvorrichtung bei 18 den eigentlichen Ausfluß der beiden
Zuführungsgefäße dar, und es wird bei jedem Stand der Schreibvorrichtung die in
dem Ganzen ausfließende Menge sowie das Verhältnis der sich mischenden Anteile anders,
aber immer durch Versuche bestimmbar sein. Diese Ausflußöffnung in der Schreibvorrichtung
darf natürlich ihren Querschnitt nicht ändern, da dies sofort eine Änderung des
Mischungsverhältnisses nach sich ziehen würde. Sie muß deshalb bei vorkommender
Beschmutzung oder beim Auskristallisieren von Salzen o. dgl. immer sogleich gereinigt
werden. Ebenso ist bei einer Verletzung, z. B. beim Absplittern von Glasteilchen,
ein Ersatzteil einzusetzen. Beides ist auch durch ungeübte Arbeiter leicht auzuführen.
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Was die Schreibvorrichtung selbst betrifft, so besteht diese einerseits
aus der Registriertrommel i9, die durch ein Uhrwerk beliebig schnell gedreht wird,
anderseits aus der Schreibfeder 18. Dieser wird durch den Schlauch 17 die Flüssigkeitsmischung
zugeführt, die dann erst in das aufsteigende Rohr 2o, alsdann zur Spitze i8 und
von hier im Überschuß wieder ablaufend zum Abführungsrohr 21 gelangt. Bei 18 ist
das Rohr 21 tetraederförmig erweitert und spitz zugeschliffen, so daß die sich hier
ergebende Spitze zum Beschreiben senkrechter Flächen geeignet ist. Ein an Rohr 2i
anschließender Schlauch 22 führt die ablaufende Flüssigkeit weg. Am tiefsten Punkte
der Schläuche 17 und 22 befinden sich zweckmäßig Ventile oder Hähne 23, 2,¢ zur
völligen Entleerung der Vorrichtung bei Außerbetriebsstellung.
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Um die Auf- und Abbewegung der Schreibvorrichtung zu bewirken, ruht
diese mit den untern, rechtwinklig abgebogenen Enden der Rohre 2o und 21 mittels
des Zwischenstückes 25 auf dem einen Ende 26 eines Waagebalkens 27. Dieser dreht
sich um die Achse 28 und trägt an seinem andern Ende 29 eine Stange 3o angelenkt.
An deren oberen Enden ist wieder ein ungefähr wagerecht liegender Hebel 31 angelenkt,
der mittels einer nur angedeuteten Vorrichtung 32, 33 von einem Uhrwerk 34 so bewegt
wird, daß dessen drehende Bewegung in eine hin und her gehende umgesetzt, die Stange
3o also abwechselnd nach unten gedrückt und wieder angehoben wird. Damit hierbei
das Gewicht der bei 26 angreifenden Schreibvorrichtung unschädlich gemacht wird,
ist es durch ein Gegengewicht 35 ausgewuchtet, das auf einer an der andern Seite
des Waagebalkens 17 liegenden Stange 36 beweglich einstellbar ist.