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Elektrolytzähler mit selbsttätig entleerendem Heber Bei den meisten
bekannten Elektrolytzählern, Wasserstoff- oder Quecksilberelektrolytzählern, wird
der beim Stromdurchgang abgeschiedene Meßstoff, Wasserstoff oder Quecksilber, in
einem Meßgefäß aufgefangen; am Ende des Verrechnungsabstnittes wird der Stand des
Meßgefäßes abgelesen und der Meßstoff durch Kippen des Zählers in den Vorratsraum
der Zelle entleert.
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Um das Kippen der Zähler zu ersparen, hat man vorgeschlagen, das
Meßgefäß als selbst entleerenden Heber auszubilden und gegebenenfalls mehrere derartige
Heber in mehreren Stufen derart anzuordnen, daß der Heber niedrigerer Stufe seinen
Meßstoff oder eine bestimmte Elektrolytmenge in den Heber der höheren Stufe entleert.
Dler Heber der höheren Stufe entleert sich nach mehrmaligem Hebern der niederen
Stufe in den Vorratsraum der Zelle bzw. in einen Heber dritter Ordnung. Obwohl derartige
Vorschläge schon verhältnismäßig weit zurückliegen, haben sie in der Praxis kaum
Eingang gefunden. Dies mag vor allem daran liegen, daß die praktische
Durchbildung
derartiger. Heberzähler auf sehr große Schwierigkeiten stößt. Nur unter bestimmten
Voraussetzungen läßt sich ein selbst entleerender Heber derart bauen. daß er stets
bei einem bestimmten Füllungsgrad hebert. Die Gewährleistung dieses bestimmten Füllungsgrades
verlangt nicht nur eine genaue Kalibrierung des Hebergefäßes. sondern auch eine
derartige Beherrschung der ReibungsverhältNisse und Oberflächenspannungen in den
Hebern, daß diese den Zeitpunkt der Heberung nicht verfrühen und verzögern können.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß der nahezu bis zur Kippgrenze gefüllte
Heber durch Erschütterungen vorzeitig zum Hebern gebracht werden kann. Ferner können
unter Umständen in dem Heber nach dem Hebern Meßstoff- oder Elektrolytreste zurückbleiben
oder zurückkehren, die ebenso wie eine Verfrühung oder Verspätung des Heberns die
Meßgenauigkeit des Zählers beeinträchtigen.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, diese und ähnliche Schwierigkeiten
zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist der Auffangraum des Hebers an der Stelle, bis
zu der jeweils der Heber mit Meßstoff gefüllt werden soll, mit Mitteln, z.B. mit
einem Isthmus, einer Kapillare od. dgl.. versehen, die die Lage des Meniskus unmittelbar
vor und nach der Entleerung des Hebers eindeutig festlegen.
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Es ist zwar bekannt. den Meniskus festzuliegen. indem man in einem
Steigrohr eine kapillare Verengung anbringt. Bei diesem bekannten Elektrolytzähler
wirkt aber die kapillare Verengung nur wie jene bei einem Fieberthermometer, d.
b. sie erleichtert das Abreißen des über einen bestimmten Skalenteil ansteigenden
Quecksilbers. das dann durch Kippen in ein Auffanggefäß entleert wird.
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Gleichzeitig legt die kapillare Einschnürung den Meniskus für den
Beginn der neuen Messung fest.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Fig. 1 stellt einen Wasserstoffelektrolytzähler in der Vorderansicht,
Jig. 2 in der Seitenansicht dar.
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I ist der Anodenballon mit der Anode Der Ballon I ist bis zum Niveau
NN mit Elektrolyt, im übrigen Teil mit Wasserstoffgas gefüllt. 3 ist die aus einer
Kammer mit angesetzter Kapillare 30 bestehende Kathode, 4 ist das als selbst entleerender
Heber erster Stufe ausgeführte Auffanggefäß für den aus der Katllode 3 abgeschiedenen
Meßstoff. Es ist mit einer Skala 5 versehen. 6 ist das ebenfalls als selbst entleerender
Heber ausgeführte Auffanggefäß höherer Stufe mit der Skala 7. Das Gefäß 4 ist mit
dem Gefäß 6 durcll die Rohrleitung 8 verbunden und das Gefäß 6 mit dem Ballon 1
durch die ltohrleitungen g und 10.
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Im unteren Teil des Gefäßes 4 ist das Rohrstück II kleineren Durchmessers
eingeschmolzen. und zwar an der Stelle, die dem höcllstell Füllungsgrad des Gefäßes
4 entspricht. Am oberen Teil ist das Auffanggefäß hei Ig verhältnismäßig scharf
hochgezogen. das Verbindungsrohr 8 ist bei 16 nach abwärts gekrümmt, bei I7 treppenförmig
abgesetzt, bei 18 erweitert sich sein Durchmesser allmählich nach dem Gefäß 6 zu.
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In das Gefäß 6 ragt das aus einem gekrümmten Rohr 19 bestehende Ventil,
dessen untere Mündung 20 etwas tiefer liegt als die Stelle der Füllung, bei der
das Gefäß 6 zu hebern beginnt. Mit dem betriebsmäßig svaagerecht liegenden Teil
21 ist das Rohr 19 in das Rohr 10 eingeschmolzen.
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Der Zähler arbeitet auf folgende Weise: Die Kapillare30 dient zur
Anfangsentleerung der Kammer 3 durch Kippen des ganzen Zählers.
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Kapillaren für diesen Zweck sind an sich bekannt und sollen deshalb
nicht näher erläutert werden. Bei dem Stromdurchgang wandert das Wasserstoffgas
von der Anode 2 nach der Kathode 3 und steigt aus der Kathodenkammer in Form von
kleinen Blasen durch das Einsatzstück II in das Meßrohr 4 empor.
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Wenn die Gasfüllung des Meßrohrs 4 nahezu die Grenze erreicht hat.
bei der das Hehex beginnen soll, legt sich der Flüssigkeitsmeniskus gegen den oberen
Rand des Einsatzrohrs 1 1 und teilt sich in einen Ring und in einen kreisförmigen
Teil, mit der Folge. daß seine Oberflächenspannung nach bekannten Gesetzen wesentlich
vergrößert wird. nel Meniskus wirkt also jetzt nahezu wie ein Verschluß und sperrt
sich gegen eine weitere Ab senkung des Elektrolyts. Dadurch wird ein Einsatz des
Heberns bei einem bestimmter Füllungsgrad des Meßrohrs 4 gesichert.
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Während der Füllung des Meßrohrs 4 durch den abgeschiedenen Wasserstoff
hat sich die im Rohr 8 unterhalb des Niveaus Xi\T vorhandene Elektrolytmenge mehr
und mehr nach oben geschoben. Die Verhältnisse sind so gewählt, daß kurz vor Beginn
der Heberung. also wenn etwa der Meniskus bis zum oberell Rand des Einsatzstücks
II abgesunken ist. der untere Meniskus des Elektrolvtfadens bei I60, der obere bei
I70 liegt.
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Beim Abscheiden einer weiteren Gasblase aus der Kathode 3 kann der
Meniskus des Meßrohres 4 nicht weiter absinken, das Gas muß sich also nach oben
Platz machen und den El!ektrolytfaden vor sich her schieben. Sobald der untere Meniskus
IGo desselben dcii tiefsten Punkt der Krümmung I6 überschritten und der obere Meniskus
170 in den waagerechten Teil der Abtreppung I7 gelangt
ist, setzt
die Heberung ein, weil jetzt bei weiterer Verschiebung des Elektrolytfadens die
Höhe H desselben und damit der von ihm ausgeübte Gegendruck abnimmt. Vor diesem
Zeitpunkt dagegen ist die Höhe H wegen der Krümmung 16 kleiner gewesen, weil der
Meniskus I70 tiefer, der Meniskus I60 höher lag.
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Während also das Einsatzrohr 11 wie ein kurz vor Beginn der Heberung
wirksam werdendes Ventil eine Verspätung des Hebens verhütet, verhütet die besondere
Formgebung des Rohrs 8 eine Verfrühung der Heberung, weil der Gegendruck des in
ihm befindlichen Elek-.trnlytfadens gegen Beginn des Heberns zu dauernd ansteigt.
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Nach dem Einsetzen des Heberns wird durch den aufsteigenden Meßstoff
des Rohrs 4 der Flüssigkeitsfaden im Rohr 8 in das Gefäß 6 entleert und füllt es
bis zum ersten Teilstrich der Skala 7. Die scharfe Aufwärtskrümmung 15 legt den
Punkt fest, an dem bei der folgenden Meßstoffabscheidung der Elektrolytinhalt der
Rohre 4 und 8 durch den Meßstoff getrennt wird. Auch durch diese Maßnahme wird.
die Meßgenauigkeit des Hebers erhöht.
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Bei jedem weiteren Hebern des Meßrohrs 4 steigt der Elektrolyt in
dem Gefäß 6 um eine Stufe an. Das aus dem Gefäß 4 entleerte Gas kehrt durch das
Ventil 19 und das Rohr 10 in den Ballon I zurück. Beim letzten Hebern des Gefäßes
4 verschließt der Elektrolyt das Ventil 19 durch einen Flüssigkeitspfropf, der allmählich
in dem Ventilrohr 19 hochsteigt.
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Durch diese Steighöhe und die Oberflächenspannung der Menisken wird
ein gewisser Gegendruck erzeugt, der eine Druckerhöhung im Gefäß 6 durch das aus
dem Gefäß 4 in das Rohr 8 aufsteigende Gas gestattet. Dieser verhältnismäßig plötzliche
Druckanstieg im Gefäß 6 leitet das Hebern dieses Gefäßes ein, hebt die Flüssigkeitssäule
sicher über das obere Knie des Rohrs 9 und gestattet, den Heber 6, 9 derart auszuführen,
daß er nach Vollendung der vorletzten Heberung des Gefäßes 4 noch genügend weit
vom Kippunkt entfernt ist, sich infolgedessen auch nicht durch Erschütterungen vorzeitig
entleeren kann.
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Kurz vor Entleerung des Gefäßes 6 sinkt in ihm der Druck wieder ab,
es entsteht sogar ein gewisser Unterdruck, der die Flüssigkeit aus dem Rohr 19 zurücksaugt.
Um die Ob!erflächenspannung und die Druckverhältnisse im Ventil 19 besser beherrschen
zu können, ist dieses Ventil rohr im oberen Teil waagerecht gebogen und mit dem
waagerechten Teil in das Rohr 10 eingeschmolzen. Man verhütet dadurch, daß die beim
Einschmelzen unvermeidbare Änderung des Rohrquerschnitts in den senkrechten Teil
des Rohrs 19 fällt.
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Die Erfindung bietet folgende Vorteile: Sie verhütet eine Verfrühung
und eine Verspätung des Hebnrns, sichert trotz Anwendung selbst entleerender Heber
eine hohe Meßgenauigkeit, macht den Zähler praktisch erschütterungsunempfindlich
und sorgt dafür, daß durch Entleerung des Hebers niedrigerer Stufe der Heber höherer
Stufe nicht vorzeitig betätigt wird. Die treppenförmige Absetzung 17 gestattet,
das Gefäß 6 etwas höher zu verlegen, und erleichtert das richtige Arbeiten dieses
Hebergefäßes.
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Die Erfindung läßt sich analog auf Quecksilberelektrolytzähler anwenden.
So kann z. B. bei solchen Zählern der Heber an der betriebsmäßig untenliegenden
Stelle des Auffanggefäßes eine scharfe Abwärtskrümmung hauben, zum Zwecke, etwa
nach der Heberung zurückgebliebene Quecksilbertröpfchen an diese Stelle zu zwingen.
Auch können durch Verengungen, Einsatzröhrchen II am oberen Ende des Meßgefäßes,
Erhöhungen der Ouecksilberoberflächenspannung erzielt werden, die die Heberung bei
einem bestimmten Füllungsgrad sichern. Ebenso kann bei dem Quecksilberheber ein
Ventil angebracht werden, durch das der durch das Quecksilber verdrängte Elektrolyt
vor Erreichung des festgelegten Füllungsgrads entweichen kann, während beim letzten
Füllungsgrad das Ventil durch den Quecks ilbermeniskus verschlossen wird, so daß
der Druck des gestauten Elektrolyts die Heberung einleitet oder begünstigt. Auch
kann bei Quecksilberelektrolytzählern durch Krümmungen, Abtreppungen des Verbindungsrohrs
der beiden Heber die Wirkung erzielt werden, daß der Gegendruck in dem Verbindungsrohr
kurz vor dem Hebern ansteigt und dadurch ein vorzeitiges Hebern verhütet.