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Vorrichtung zur PH-Messung nach dem Kompensationsverfahren mit einem
Spannungsteiler als Meßbrücke, gegen welche die Spannung des Elektrodensystems kompensiert
wird Die üblichen. Kompensationsapparate nach Poggendorf zur Messung elektrometrischer
Kräfte besitzen eine Meßbrücke von einem Widerstand zwischen einigen Ohm bis etwa
iooo Ohm, an deren Enden ein Akkumulator oder ein Trockenelement liegt. Die über
der Meßbrücke liegende Spannung wird mittels eines Meßinstrumentes bestimmt; oder
es wird ein der Meßbrücke vorgeschalteter Regulierwiderstand verstellt, bis ein
an die Enden der Meßbrücke nach der Kompensationsschaltung vors Poggendorf gelegter
Kompensationsstromkreis, welcher ein Normalelement und ein Galvanometer enthält,,-
stromlos ist. In diesem Falle liegt über der Meßbrücke eine Spannung, welche gleich
der: Spannung des Normalelementes ist. Nach dieser Eichung der Meßbrücke wird in
den Kompensationskreis statt.des Normalelementes die Meßspannung gelegt und unter
Kompensation gemessen. Die Eichung ist öfters zu wiederholen, da die Spannung des
Akkumulators bzw. Trockenelementes bald infolge Stromentnahme absinkt. Die Eichung
stellt somit nicht nur eine umständliche, zeitraubende Maßnahme dar, sondern kann,
auch eine Quelle von Fehlern werden.
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Diese Nachteile werden bei der Vorrichtung nach der Erfindung, welche
von einer Eichung ganz absieht, vermieden.
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Gemäß der Erfindung liegt bei einer Vorrichtung zur PH-Messung nach
dem Kompensationsverfahren mit einem Spannungsteiler als Meßbrücke, gegen welche
die Spannung des Elektro.densystems kompensiert wird, an den Endendes Spannungsteilers
einNormalelement und ist der Meßstand des Teilers so hochohmig,.daß keine Änderung
der Spannung des Normalelementes infolge Polarisation möglich ist. Bei Messungen
unter Verwendung von Normalelementen wird sonst jede Stromentnahme aus denselben,
welche die Spannung des Elementes verändern könnte, vermieden wie z. B. auch im
Falle der oben beschriebenen Eichung der Meßbrücke mit stromlosem Normalelement.
Demgegenüber hat sich jedoch gezeigt, daß die Spannung des Normalelementes dauernd
konstant bleibt, wenn ihm nur ein minimaler Strom von o,oi mA über einem Widerstand
von rund ioo ooo Ohm entnommen wird. Für diesen Fall -st nämlich die Lösungsgeschwindigkeit
des am positiven Pol des Normalelementes befindlichen, schweY löslichen Merkurosulfates
groß genug, um den Verbrauch an gelöstem Merkurosul.-fat, der bei Stromlieferung
erfolgt, sofort zu ersetzen. Bei einer in dieser Art aufgebauten Meßbrücke, über
welcher die Spannung des Normalelementes liegt, entsprechen also bestimmte, durch
Schleifkontakte abgegriffene Intervalle ohne weiteres einer definierten Spamiung,
ohne daß eine Eichung notwendig wäre.
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Um jede überflüssige Beanspruchung des Normalelementes zu vermeiden,
soll dieses außerdem in einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Vorrichtung
nach der Erfindung durch einen geeigneten Klinkenschalter oder Doppeltaster nur
für den Augenblick eingeschaltet sein, in welchem unter Beobachtung des Galv anometerausschlages
die Messung erfolgt.
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Die Vorteile einer solchen Vorrichtung liegen auf der Hand. Neben
der Zeitersparnis, Vereinfachung der Bedienung. und Verbilligung des Apparates infolge
Fortfalls der Eichung liegt ein großer Nutzen darin, daß bei noch nicht aufgefundener
Kompensationsstellung der Strom, der die im Kompensationskreis liegenden Elektroden
durchfließt und durch Polarisation verändert, infolge des hohen Widerstandes der
Meßbrücke nur einen Bruchteil von demjenigen ausmacht, der im genannten Falle bei
niederolimigen Meßbrücken fließen würde. Es sei auch auf die Möglichkeit hingewiesen,
auf dieser Grundlage eine automatische Kompensationsmessung mit einfachen Mitteln
vorzunehmen, indem man durch den Ausschlag des Galvanometers über ein Relais einen
Motor steuert, der die Verschiebung der Schleifkontakte, welche zum Kompensationskreis
führen, automatisch vornimmt. Solche Anordnungen sind zwar bekannt, jedoch sehr
kompliziert, da auch die Eichung der Meßbrücke bei ihnen mittels eines Normalelementes
automatisch vorgenommen wird.
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Im einzelnen soll an einem Ausführungsbeispiel das Wesen der Erfindung
weiter dargelegt werden.
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Im Stromkreis eines Normalelementes NE
von 1018,7 mV liegen
ein Vorwiderstand V von 2465 Ohm, ein Widerstand W von 37 557 Ohm und die zweiteilige
Meßbrücke 111. Letztere besteht aus t i Widerstandsspulen a von je 7000 Ohm und
g Widerstandsspulen b von je 700 Ohm. Der Widerstand W kann durch einen Umschalter
U entweder vor der Meßbrücke 111 bei A und B
eingeschaltet werden oder
zwischen den beiden Teilen der Meßbrücke bei C und D. Gleichzeitig wird in den beiden
Fällen durch denselben Umschalter C mit D bzw. A mit B kurzgeschlossen.
Jede der q. Doppellamellen des Umschalters verbindet den mit einem Punkt gekennzeichneten
Pol in der einen Stellung mit Pol i, in der andern mit Pol 2. Die Verbindungsstellen
der einzelnen Spulen, welche kreisförmig angeordnet sein können, werden von je einem
SchleifkontaktKa und KL bestrichen. Bei einem inneren Widerstand des Normalelementes
von etwa 6oo Ohm liegen bei den gewählten Widerstandswerten über je einer Spule
ca 57,5 mV und über einer Spule b 5,75 mV, entsprechend i pH und o,ipH (bei einer
Temperatur von 17°). Der Kompensationskreis liegt mittels der Schleifkontakte K"
und Kv an der Meßbrücke In ihm liegen in bekannter Weise die zu messende Elektrodenkette,
die zur PH-Bestimmung dient, und ein empfindliches Galvanometer G. Die bei der Messung
vorzunehmenden Manipulationen erfolgen durch den einfachen Doppeltaster T, welcher
beim Niederdrücken erst den Meßbrückenstromkreis, sodann den Kompensationsstromkreis
schließt, und durch Verstellen der Schleifkontakte K" und KU, bis das Galvanometer
stromlos ist. Die Stellung der Schleifkontakte ermöglicht unmittelbar die Ablesung
des gesuchten PH-Wertes an einer Skala: Der Schleifkontakt Ka zeigt die ganzenpH-Einheiten
an, der Schleifkontakt KI, die Zehntel.
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Bei Messungen mit der Chinhydronelektrode gegen die gesättigte Kalomelelektrode
steht der Umschalter in Stellung i, und es gelten die Ziffern der unteren Skalenhälfte.
Bei der in der Figur abgebildeten Stellung ergibt sich also der pH-Wert 3, 6. Wird
mit der Platinwasserstoffelektrode gemessen, so wird mittels des Umschalters ae
der Widerstand W zwischen die Punkte A und B geschaltet und C mit
D kurzgeschlossen- (Stellung :2). Mittels W wird infolge des gewählten Widerstandswertes
ein solcher Spannungsbetrag zwischen die beiden Teile der Meßbrücke geschaltet,
daß nunmehr die einzelnen Stellungen der Schleifkontakte die PH-Ziffern der oberen
Skalenhälfte anzeigen, so daß auch für diese zweite Meßmethode eine direkte pa-Ablesung
möglich ist. In der Figur entspricht die Stellung der Kontakte dem pH-Wert 5,3.
Die Dauer einer Messung, die mit den bekannten Anordnungen mindestens 1/2 bis i
Minute beträgt, ist bei der beschriebenen Anordnung infolge Wegfalls jeder Eichung
der Meßbrücke und infolge direkter Ablesung des PH-Wertes auf einige Sekunden reduziert.
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Statt des über einer Widerstandsspule liegenden Spannungswertes von
57,5 mV für 17° können natürlich auch die den anderen Temperaturen entsprechenden
gewählt werden, z. B. 58,1 mV, wenn der Apparat auf eine normale Meßtemperatur von
?o° eingerichtet sein soll.