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Verfahren und Vorrichtung zur aräometrischen Bestimmung des spezifischen
Gewichtes von Flüssigkeiten Für genauere Bestimmungen des spezifischen Gewichtes
mit Aräometern muß die Oberflächenspannung der zu untersuchenden Flüssigkeit .bekannt
sein, denn diese Konstante ist in der Grundgleichung des Aräometers enthalten und
dient zur Berechnung der Belastung, die das Instrument durch den sich um den Stengel
bildenden kapillaren Wulst erfährt. Für die meisten aräometrischen Untersuchungen
unterliegenden, reinen Lösungen ist die Oberflächenspannung zwar bekannt. Diese
kann aber durch geringe in der Lösung enthaltene Mengen oberflächenaktiver Stoffe
unter Umständen stark verändert werden. Auch können geringe Verunreinigungen der
Oberfläche eine Änderung .der Oberflächenspannung hervorrufen. In beiden Fällen
wird die Anzeige des Aräometers beeinflußt.
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Der Einfluß der Oberflächenspannung auf die aräometrische Ermittelung
des spezifischen Gewichtes läßt sich erfindungsgemäß durch Anwendung zweier Spindeln
ausschalten, deren Empfindlichkeit gegen Änderungen der Oberflächenspannung verschieden
ist und bei denen die Differenz in .der Anzeige bei einer Änderung der Oberflächenspannung
gleich der Korrektur, einem Bruchteil oder einem Vielfachen derselben für das eine
Instrument ist. Bisher waren in jeder aräometrischen Gleichung eigentlich zwei Unbekannte:
r. das spezifische Gewicht, z. die Oberflächenspannung.
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Man half sich durch Einsetzung eines Nä-
herungswertes für .die
Oberflächenspannung. Zu einer zweiten .Gleichung, :die eine rechnerische Ausschaltung
der zweiten Unbekannten ermöglicht, führt die Anwendung zweier Spindeln, ,deren
Empfindlichkeit für Änderungen der Oberflächenspannung verschieden ist. Werden diese
Instrumente .in einer Gebrauchsflüssigkeit benutzt, deren Oberflächenspannung gleich
der der Justierflüssi@gkeit ist, so zeigen beideInstrumente gleich an, und die einzige
vorhandene Unbekannte, das spezifische Gewicht, kann direkt abgelesen werden. Ist
die Oberflächenspannung der Gebrauchsflüssigkeit eine andere wie',die der Justierflüssigkeit
oder der bei der Konstruktion der Spindel zur Korrektur des Wulstgewichtes eingesetzte
Wert, so zeigen die beiden Instrumente verschneiden an. Die Differenz ergibt sich
aus der Belastung des Stengels durch das Wulstgewicht, die infolge der Kapillaritätsänderung
anders als berechnet ist und sich in der Anzeige beider Instrumente verschieden
stark auswirkt. Der Einfluß der Belastung auf .die Anzeige eines Instrumentes wächst
mit dem Quotienten aus demDurchmesser des
Stengels und ,der scheinbaren
Masse des Aräometers. Bezeichnet man diese Quotienten für ein Instrumentenpaar mit
Q1 und Q2, die Korrekturen für die-,durch eine Änderung der Oberflächenspannung
verursachte Abweichung der Anzeige mit x und y, so ergeben sich folgende Gleichungen:
x-y - d.
Die beobachtete Differenz d in der Anzeige der Instrumente ist gleich
der Differenz der oben bezeichneten Korrekturen. Die zweite Gleichung lautet:
Die Korrekturen der beiden Spiindelanzeigen verhalten sich zueinander wie ,die Quotienten
aus dem Durchmesser des Süengels und der scheinbaren Masse jedes Instrumentes. Durch
Auflöung der Gleichungen. erhält man für die Korrektur des einen Instrumentes
Durch Wahl ,der Konstruktionsdaten kann man beispielsweise für ein Instrumentenpaar
den Quotienten
machen. Die Differenz in der Anzeige der Instrumente bei einer Änderung in der Oberflächenspannung
ist dann gleich der Korrektur für das eine Instrument.
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Es ist aus der Gleichung ohne weiteres verständlich, daß für das Verhältnis
Qi: Q2 jeder andere Wert als 2, wie in dem Ausführungsbeispiel angegeben ist, auftreten
kann. - Die Korrektur ist dann gleich einem Bruchteil oder .einem Vielfachen der
Anzeigedifferenz.
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Angenömm:en, @es seien zwei Ar.äometer so konstruiert, @daß das Verhältnis
Q1: Q2 = i : 2 ist. In diesem Falle ist in einer Flüssigkeit von unbekannter
Oberflächenspannung und einem unbekannten spezifischen Gewichts s bei der einen
Spindel die Anzeige. s+2 x und bei der anderen -Spindel s+x. Zieht man zwischen
diesen beiden Anzeigen die Differenz, so iergibt sich x als die Korrektur des einen
Instrumentes für die durch das Wulstgewicht verursachte Abweichung in der Anzeige.
Die Korrektur ist also in,diesem Falle von der Anzeige der Spindel s +x abzuziehen.
Nach Vornahme der Korrektur hat man dann das unbekannte spezifische Gewichts ermittelt.
Es sei folgendes Ausführungsbeispiel angegeben: In einem niedrigkonzentrierten Alkohol-Wasser-Gemisch
zeigt .die eine Spindel -F-0,45 Volumprozent, die zweite Spindel -F-0,22 Volumprozent.
Die Differenz ergibt sich mit 0,2,3. Diese Korrektur gilt nach den Konstruktionsdaten
der beiden Spindeln für das Resultat der ersten Spindel, -so daß sich die wirklichen
Volumprozente mit o,68 ergeben.
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Es werden. anschließend folgende Abmessungen für ein Spindelpaar,
das zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist, angegeben:
| große kleine |
| ' Spindel Spindel |
| Gewicht................... 839 299 |
| Stengeldurchmesser......... 3 mm 2,1 mm |
| Länge des Instrumentes .... 32 cm 22 cm |
| (Durchmesser (rum) # zoool 6 2 |
| Gewicht (g) 3 7 |
Bezüglich der Abmessungen dieses beispielsweisen Spindelpaaares wird das Folgende
ausgeführt: Von den beiden Instrumenten ist das größere ein hoch empfindliches Präzisionsinstrument,
dessen Stengeldurchmesser von 3 mm schon unter den üblichen Massen liegt. Zusammen
mit dem -hohen Gewicht von 83 g ist dieses Alkoholometer, das einen Skalenumfang
von o bis 3 % hat, von großer Anzeigegenauigkeit und relativ recht geringer Empfindlichkeit
gegen Schwankungen .in der Oberflächenspannung.
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Das dazugehörige Hilfsinstrument (kleine Spindel) weicht von den bisher
überhaupt gebräuchlichen Typen weitgehend ab. Stengel von 2 mm Durchmesser sind
technisch noch gerade eben verarbestbar.
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Der Gebrauch eines .derartigen Instrumentes, wie es die kleine Spindel
.darstellt, als Einzelinstrument kommt aus folgenden Gründen praktisch nicht in
Frage: Durch (die Wahl von Gewicht und Durchmesser des Stengels ist dem Instrument
eine Überempfindlichkeit gegen Änderungen in der Oberflächenspannung erteilt worden;
diese ist so groß, .daß bei einer durchaus im Rahmen der Möglichkeiten liegenden
Veränderung der Oberflächenspannung Anzeigeveränderungen in der Größenordnung von
4/1o °/o entstehen, was bei einem Instrument, das auf 1/1o0% eingestellt ist, außerordentlich-viel
bedeutet.
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Es wäre zwecklos, ein Instrument mit einem feinen, zerbrechlichen
Stengel 'und einer genauen, weit auseinandergezogenen 1/1,1)10-Einteilung herzustellen,
wenn man gleichzeitig befürchten muß, daß infolge der für den Einzelgebrauch falsch
gewählten übrigen technischen Daten eine derartige Abhängigkeit derAnzeige von derOberflächenspannung
die
sonstige Genauigkeit des Instruments wieder aufhebt.
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Bei -der Betriebskontrolle in den Gärungsgewerben z. B. werden Lösungen
mit einem Alkoholgehalt von o bis C °% vielfach aräometri.sch untersucht. Die Mischungen
liegen in Destillatform vor, können aber doch nicht als rein angesprochen werden,
weil Gärungsnebenprodukte vorhanden sind. Durch die besonderen Werte, die der Wert
der Oberflächenspannung bei diesen Lösungen annimmt, konnte .man;bisher selbst bei
richtig justierten Instrumenten Abweichungen in der Anzeige bis zu 4/1o und 5/1o
°/a, beobachten. In den Eichvorschriften wenden überhaupt nur die Instrumente zugelassen,
bei ;denen die Teilung unter io % Alkoholgehalt in 1/1, d. h. in ganze Prozente
vorgenommen ist. Die Eichfehlergrenze beträgt dann 0,4%.
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Bei dann vorliegenden niedrigen Alkoholgehalt :sind idieseFehler schon
als sehrschwerwiegend anzusehen. Versuche, die in Durchführung des Verfahrens gemäß
.der Erfindung unter gleichzeitiger Kontrolle des spezifischen Gewichtes mit Reischauer-Pyknometern
angestellt wurden, ergaben zwischen den aräometrischen und pyknometrischen Resultaten
keine :größeren Differenzen als 0,03 o/a, was etwa 5 Einheiten in der fünften
Stelle des spezifischen Gewichtes entspricht. Gerade bei Bestimmungen .des spezifischen
Gewichtes in der Nähe von i,o ist eine solche Genauigkeit mit keinem Aräometer bisher
zu erzielen gewesen, so daß die Anwendung des neuen Verfahrens einen wesentlichen
technischen Fortschritt ergibt.