DE4404309A1 - Verfahren und Einrichtung zur Untersuchung und Messung von Wässern und Flüssigkeiten auf Abscheidung und/oder Auflösung von Stoffen bei Temperatur- und/oder Druckänderung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Untersuchung und Messung von Wässern und Flüssigkeiten auf Abscheidung und/oder Auflösung von Stoffen bei Temperatur- und/oder Druckänderung

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Description

Es ist bekannt, daß Abscheidung und/oder Ab- bzw. Auf­ lösung von Stoffen bei Wasser oder Flüssigkeit hervor­ gerufen durch Temperatur- und/oder Druckänderung in Gefäßen bzw. Leitungssystemen, untersucht bzw. die Schichtdickenänderung gemessen wird durch mechanische- oder mikroskopische- oder Ultraschallmessung oder Röntgen­ untersuchung oder in Laborversuchen ermittelt werden.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß bei den oben genannten Mess- und Untersuchungsverfahren zur reproduzierbaren Messung von Abscheide- oder Auflöseraten, insbesondere die relativ lange Meßzeit bzw. Meßinterval von mehreren Stunden, Tagen bis zu Monaten von Nachteil sind. Bei Labor­ versuchen führt weiterhin ein hieraus resultierender großer Flüssigkeitsdurchsatz zu hohen Kosten.
Eine wesentliche Verbesserung würde durch die Verkürzung der Meßzeit bzw. die Möglichkeit, kleinste Stoffmassen­ änderungen reproduzierbar messen zu können, erreicht.
Dieses Problem wird gelöst durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale:
daß das zu untersuchende Wasser oder Flüssigkeit in Ver­ bindung steht mit der zur Messung benutzten Oberfläche (2) (Fig. 1, Fig. 3) einer Quarzmikrowaage (1), während die gegenüberliegende Oberfläche der Quarzmikrowaage (1) mit einer einstell-, regel- und speicherbaren Heiz-Kühlein­ richtung (4) und zugehöriger Temperaturmeßeinrichtung (14) verbunden ist; somit kann die zur Messung benutzte Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) auf die zur Unter­ suchung erforderliche Temperatur bzw. Temperaturdifferenz eingestellt werden.
Das Problem wird weiterhin gelöst durch die in Patentan­ spruch 3 aufgeführten Merkmale:
daß das zu untersuchende Wasser oder Flüssigkeit, welches in Verbindung mit der zur Messung benutzten Oberfläche (2) (Fig. 1, Fig. 3) der Quarzmikrowaage (1) steht, auf den zur Untersuchung erforderlichen Druck bzw. Druckdifferenz durch eine Druckstell- und Druckregeleinrichtung (5) und zugehöriger Druckmeßeinrichtung (15) eingestellt und/oder geregelt wird; hiermit können die Abscheide- oder Ab- bzw. Auflösevorgänge in Abhängigkeit von Druck und/oder Temperatur und/oder Druck- und/oder Temperaturdifferenz auf der zur Messung benutzten Oberfläche (2) der Quarz­ mikrowaage (1) untersucht und gemessen werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß reproduzierbare Messungen von Ab­ scheide- oder Auflöseraten unter Einfluß von Druck und/oder Temperatur von kleinsten Stoffmasseänderungen bis in den nano Gramm (ng) Meßbereich durchgeführt werden. Dies bedeutet für Untersuchungen und Messungen eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis gegenüber dem Stand der Technik, weiterhin die Möglichkeit der unmittelbaren Untersuchung von Abscheide oder Auflöseraten als Funktion von Druck und/oder Temperatur bei Wässern und Flüssig­ keiten!
Weitere ergänzende und vorteilhafte Ausführungen und Verfahren siehe die in den Patentansprüchen 2, 4 bis 10 und 14 aufgeführten und beschriebenen Merkmale.
Eine vorteilhafte Ausführung ist im Patentanspruch 11 und 12 angegeben. Der nach Patentanspruch 11 erzielte weitere Vorteile ist die Untersuchung und Messung von kleinsten Mengen Flüssigkeit, 0,1-1 ml/Messung in einem Gefäß, erweitert nach Patentanspruch 12 mit dem Vorteil der Untersuchung und Messung unter Luftausschluß und wählbaren Druckverhältnissen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist im Patentan­ spruch 13 angegeben. Der nach Patentanspruch 13 erzielte Vorteil ist die vergleichende Untersuchung und Messung von mehreren Flüssigkeiten gleichzeitig auf einem Mehr­ fachmeßplatz zur Temperaturfehlerkompensierung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist im Patentan­ spruch 15 angegeben. Der nach Patentanspruch 15 erzielte Vorteil ist die Untersuchung und Messung in einer Anlage bzw. Flüssigkeitsleitung ortsfest installiert. Die unmit­ telbar gemessenen Abscheide- oder Auflöseraten werden zur Untersuchung oder zu Steuer- und Regelaufgaben weiter­ geleitet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist im Patentan­ spruch 16 angegeben. Der nach Patentanspruch 16 erzielte Vorteil ist die Messung in einer Anlage bzw. Flüssigkeits­ leitung ortsfest installiert als passive Messeinrichtung. Ihr Vorteil ist die kostengünstige Lösung als Prüf- und Kontrolleinrichtung, die in Zeitintervallen vor Ort aus­ gemessen oder ausgetauscht und im Labor gemessen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung (Fig. 1) dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Die Untersuchung wird in einem geschlossenen zylindrigen Gefäß (10), an dessen Unterseite die Quarzmikrowaage (1) angebracht ist, durchgeführt, das zu untersuchende Wasser oder Flüssigkeit über eine Dosiereinrichtung (11) dem Gefäß (10) zugegeben. Die Flüssigkeit steht in Verbindung mit der zur Messung benutzten Oberfläche (2) einer Quarz­ mikrowaage (1), während die gegenüberliegende Oberfläche der Quarzmikrowaage (1) mit einer einstell-, regel- und speicherbaren Heiz-Kühleinrichtung (4) und zugehöriger Temperaturmeßeinrichtung (14) über eine wärmeleitfähige Flüssigkeit (3) verbunden ist; somit kann die zur Messung benutzte Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) auf die zur Untersuchung erforderliche Temperatur bzw. Temperaturdifferenz eingestellt werden.
Das zu untersuchende Wasser oder Flüssigkeit wird auf den zur Untersuchung erforderlichen Druck bzw. Druckdifferenz durch eine Druckstell- und Druckregeleinrichtung (5) und zugehöriger Druckmeßeinrichtung (15) eingestellt und/oder geregelt; weiterhin ist es über eine flüssigkeitstrennende Druckausgleichseinrichtung (6) mit der Rückseite der Quarzmikrowaage (1) verbunden; hiermit können die Ab­ scheide- oder Ab- bzw. Auflösevorgänge in Abhängigkeit von Druck und/oder Temperatur und/oder Druck- und/oder Temperaturdifferenz auf der zur Messung benutzten Ober­ fläche (2) der Quarzmikrowaage (1) untersucht und gemessen werden. Durch eine positive oder negative Temperatur- bzw. Druckdifferenz scheiden sich oder lösen sich Stoffe auf der Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) ab; diese Ab­ scheide- und/oder Ab- bzw. Auflösevorgänge auf der Ober­ fläche (2) der Quarzmikrowaage (1) ändern die Masse auf der Quarzmikrowaage (1) und somit die Eigenfrequenz der Quarzmikrowaage (1), die über einer Oszillatorschaltung (16) gemessen wird; aus der Frequenzdifferenz wird die Abscheide- oder Ab- bzw. Auflöserate des zu untersuchenden Wassers oder Flüssigkeit ermittelt.
Zur Änderung bzw. Aufhebung unerwünschter Elementar­ spannungen bzw. Ströme ist die zur Messung benutzte Ober­ fläche (2) der Quarzmikrowaage (1) mit einer einstell­ baren, regelbaren und/oder konstanten Strom- und/oder Spannungsquelleneinrichtung (7) verbunden, deren Gegen­ elektrode (8) und Meßelektrode (9) sich in dem zu unter­ suchenden Wasser oder Flüssigkeit befindet.
Die zu untersuchende Flüssigkeit wird nach Beendigung der Messung durch eine Absaugeinrichtung (12) entnommen bzw. bei Messungen unter Luftausschluß am oberen Gefäßpunkt (13) abgeführt.
Die Mess- und Steuereinrichtung (17) steuert den Ablauf der Untersuchung und nimmt die Meßwerte auf.

Claims (16)

1. Verfahren und Einrichtung zur Untersuchung und Messung von Wässern und Flüssigkeiten, auf Abscheidung und/oder Ab- bzw. Auflösung von Stoffen, insbesondere von Wasser durch Beeinflussung der "Inhaltsstoffe" bzw. hydratisierter Ionen (Aqua-Komplexe) bzw. komplizierter Gleichgewichte vielfältigster Bindungsformen bei Temperatur- und/oder Druckänderung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Wasser oder Flüssigkeit in Ver­ bindung steht mit der zur Messung benutzten Oberfläche (2) (Fig. 1, Fig. 3) einer Quarzmikrowaage (1), während die gegenüberliegende Oberfläche der Quarzmikrowaage (1) mit einer einstell-, regel- und speicherbaren Heiz-Kühlein­ richtung (4) und zugehöriger Temperaturmeßeinrichtung (14) verbunden ist, somit kann die zur Messung benutzte Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) auf die zur Unter­ suchung erforderliche Temperatur bzw. Temperaturdifferenz eingestellt werden; durch eine positive oder negative Temperatur- bzw. Druckdifferenz scheiden sich oder lösen sich Stoffe auf der Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) ab, diese Abscheide- und/oder Ab- bzw. Auflösevorgänge auf der Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) ändern die Masse auf der Quarzmikrowaage (1) und somit die Eigen­ frequenz der Quarzmikrowaage (1), die über einer Oszilla­ torschaltung (16) gemessen wird; aus der Frequenzdifferenz wird die Abscheide- oder Ab- bzw. Auflöserate des zu untersuchenden Wassers oder Flüssigkeit ermittelt.
2. Verfahren und Einrichtung nach oben genanntem Patentan­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Wasser auf seine Eigenschaft, Ab­ scheidungen zu bilden, auch bezeichnet als Kalkabscheidung und Kesselstein, oder diese aufzulösen auf der Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) bei Temperaturänderung unter­ sucht und gemessen wird.
3. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Wasser oder Flüssigkeit, welches in Verbindung mit der zur Messung benutzten Oberfläche (2) (Fig. 1, Fig. 3) der Quarzmikrowaage (1) steht, auf den zur Untersuchung erforderlichen Druck bzw. Druckdifferenz durch eine Druckstell- und Druckregeleinrichtung (5) und zugehöriger Druckmeßeinrichtung (15) eingestellt und/oder geregelt wird; hiermit können die Abscheide- oder Ab- bzw. Auflösevorgänge in Abhängigkeit von Druck und/oder Temperatur und/oder Druck- und/oder Temperaturdifferenz auf der zur Messung benutzten Oberfläche (2) der Quarz­ mikrowaage (1) untersucht und gemessen werden.
4. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (3) (Fig. 1, Fig. 3) von Quarzmikrowaage (1) zu der Heiz-Kühleinrichtung (4) aus einer Flüssigkeit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht; hiermit stellt sich die erforderliche Temperatur auf der zur Messung benutzten Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) schneller ein und die Meßzeit verkürzt sich.
5. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindende Flüssigkeit (3) (Fig. 1, Fig. 3) zwischen Quarzmikrowaage (1) und der Heiz-Kühleinrich­ tung (4) zum Druckausgleich des auf der zur Messung benutzten Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) herrschenden Wasser- oder Flüssigkeitsdruckes eine flüssigkeitstrennende Druckausgleichseinrichtung (6) besitzt.
6. Verfahren nach oben genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Messung benutzte Oberfläche (2) (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 4) der Quarzmikrowaage (1) mit den je nach Unter­ suchung und Messung erforderlichen Metallen und/oder deren Legierungen und/oder Kunststoffen und/oder mineralischen Stoffen und/oder organischen Stoffen auf der Oberfläche (2) gleich als auch partiell unterschiedlich beschichtet wird; hiermit kann die Abscheidung und/oder Ab- bzw. Auf­ lösung von Stoffen auf verschiedenen Oberflächenmaterial­ ien sowie die Ab- bzw. Auflösung der Oberfläche selbst untersucht und gemessen werden.
7. Verfahren nach oben genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Messung benutzte Oberfläche (2) (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 4) der Quarzmikrowaage (1) mit unterschiedlicher Rau­ higkeit der Oberfläche (2) als auch mit unterschiedlicher partieller Rauhigkeit in der Oberfläche hergestellt wird; hiermit kann die Abscheidung und/oder Ab- bzw. Auflösung von Stoffen auf verschiedene Oberflächenrauhigkeiten untersucht und gemessen werden.
8. Verfahren nach oben genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Messung benutzte Oberfläche (2) (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 4) der Quarzmikrowaage (1) mit einem Stoff bzw. Stoffen partiell oder flächig primär vorgekeimt wird; hiermit kann die Abscheidung und/oder Ab- bzw. Auflösung von Stoffen bei gesteuerter Verteilung auf der Oberfläche (2) untersucht und gemessen werden.
9. Verfahren nach oben genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zur Messung benutzten Oberfläche (2) (Fig. 1) der Quarzmikrowaage (1) bei der Messung entstehenden Gas­ bläschen, welche die Abscheidung und/oder Ab- bzw. Auf­ lösung von Stoffen beeinflussen können, durch Schwingungen und/oder Strömungen zur Ablösung gebracht werden.
10. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Messung benutzte Oberfläche (2) (Fig. 1, Fig. 3) der Quarzmikrowaage (1) mit einer einstellbaren, regel­ baren und/oder konstanten Strom- und/oder Spannungs­ quelleneinrichtung (7) verbunden ist, deren Gegenelektrode (8) und Meßelektrode (9) sich in dem zu untersuchenden Wasser oder Flüssigkeit befindet; hiermit können uner­ wünschte Elementarspannungen bzw. Ströme geändert bzw. aufgehoben werden.
11. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchung und Messung von Wässern oder Flüssig­ keiten von kleinsten Mengen, 0,1-1 ml/Messung in einem zylindrigen Gefäß (10) (Fig. 1), an dessen Unterseite die zur Messung benutzte Oberfläche (2) der Quarzmikrowaage (1) angebracht ist, durchgeführt wird; das zu untersuchen­ de Wasser oder Flüssigkeit über eine Dosiereinrichtung (11) dem Gefäß (10) zugegeben und nach Beendigung der Messung durch eine Absaugeinrichtung (12) entnommen wird.
12. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchung und Messung von Wässern oder Flüssig­ keiten in einem Gefäß (10) (Fig. 1) unter Luftausschluß mit Druckregeleinrichtung (5), Druckmesseinrichtung (15) und Druckausgleichseinrichtung (6) durchgeführt wird; das zu untersuchende Wasser oder Flüssigkeit über eine Dosier­ einrichtung (11) dem Gefäß (10) zugegeben und am oberen Gefäßpunkt (13) abgeführt wird.
13. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine vergleichende Untersuchung und Messung von Wässern und Flüssigkeiten zur Temperaturfehlerkompen­ sierung auf einem Mehrfachmeßplatz (Fig. 2) durchgeführt wird, wobei die einzelnen Meßgefäße (21) und zugehörigen Quarzmikrowaagen (22) auf einer gemeinsamen Heiz-Kühlein­ richtung (23) angebracht sind, ebenso sind die den Quarzmikrowaagen (22) zugehörigen Oszillatorschaltungen (24) gemeinsam temperiert und temperaturkompensiert.
14. Verfahren nach oben genannten Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Wasser oder Flüssigkeit in einem Gefäß (10) (Fig. 1) auf der zur Messung benutzten Ober­ fläche (2) einer Quarzmikrowaage (1) durch die Heiz-Kühl­ einrichtung (4) eingedampft wird, der abgeschiedene Trocken­ rückstand durch die Quarzmikrowaage (1) gemessen wird, anschließend durch Zugabe von Wasser und/oder anderer Flüssigkeiten sowie unter Einwirkung von Temperatur- und/oder Druckänderung das Ab- bzw. Auflöseverhalten mit der Quarzmikrowaage (1) untersucht und gemessen wird.
15. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Untersuchung und Messung an/in einer bestehenden Anlage bzw. Wasser- oder Flüssigkeits­ leitung ortsfest installiert ist (Fig. 3); hierbei befindet sich die zur Messung benutzte Oberfläche (2) einer Quarz­ mikrowaage (1) in einer mit Wasser oder Flüssigkeit gefüllten und/oder zirkulierenden Röhre zur Flüssigkeits­ leitung (31), zur Vermeidung von Differenzdruck wird in jeder Flußrichtung eine Druckausgleichseinrichtung (6) eingesetzt, zur Bestimmung der Wasser- oder Flüssigkeits­ menge ist eine Durchflußmeßeinrichtung (32) eingesetzt; die Messung wird vor Ort vorgenommen; ihre Meßwerte zur Untersuchung und/oder zu Steuer- und/oder Regelaufgaben weitergeleitet.
16. Verfahren und Einrichtung nach oben genannten Patentan­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Untersuchung und Messung an/in einer bestehenden Anlage bzw. Wasser- oder Flüssigkeits­ leitung ortsfest installiert ist (Fig. 4); hierbei be­ findet sich die zur Messung benutzte Oberfläche (2) einer Quarzmikrowaage (1) in einer mit Wasser oder Flüssigkeit gefüllten und/oder zirkulierenden Röhre zur Flüssigkeits­ leitung, die der zur Messung benutzten gegenüberliegenden Oberfläche (42) der Quarzmikrowaage (1) wird im Gehäuse der Einrichtung fixiert und abgetragen; eine Heiz-Kühl­ einrichtung kann optional angebracht werden; die Ein­ richtung befindet sich in einem Bypass; somit kann die Einrichtung druckfrei gesetzt werden, die Fixierung der Quarzmikrowaage (1) gelöst werden und ihre Eigenfrequenz gemessen werden oder die Einrichtung wird ausgetauscht und im Labor gemessen und ausgewertet.
DE19944404309 1994-02-11 1994-02-11 Verfahren und Einrichtung zur Untersuchung und Messung von Wässern und Flüssigkeiten auf Abscheidung und/oder Auflösung von Stoffen bei Temperatur- und/oder Druckänderung Withdrawn DE4404309A1 (de)

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