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Temperaturberichtigte Stromquelle für Leitfähigkeitsmessungen von
flüssigen Elektrolyten
Bei der Leitfähigkeitsmessung von Flüssigkeiten entstehen
bekanntlich Schwierigkeiten durch die unangenehme Eigenschaft der Elektrolyte, einen
sehr großen Temperaturkoeffizienten zu haben. Ein mittlerer Wert für diesen Koeffizienten
ist 2,5°/oo, d. h. bei einer Temperaturänderung der zu messenden Flüssigkeit um
40u, z. B. von 20 auf 6o, steigt die I,eitfähigkeit auf den doppelten Betrag. Ohne
Vornahme einer Kompensation dieses Fehlers wäre es unmöglich, ein brauchbares Meßgerät
für die Leitfähigkeit zu bauen, wenn aus dessen Angaben auf den Gehalt der Flüssigkeit
an Salzen, Säuren oder Laugen geschlossen werden soll.
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Zur Beseitigung dieses Temperaturfehlers sind verschiedene Grundschaltungen
angewandt worden, deren wesentliches Nlerkmal die Verwendung eines Widerstandsthermometers
als Temperaturfühler ist. Bekannt ist z. B. die Reihenschaltung eines solchen Widerstandsthermometers
mit einer Parallelschaltung aus dem Elektrolyten und einem festen Widerstand.
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Hier läßt sich eine Kompensation des Temperaturfehlers an zwei Punkten
erreichen, wobei jedoch innerhalb und außerhalb dieser Meßpunkte mehr oder weniger
große Fehler auftreten, die besonders im Bereich des Leitfähigkeitswertes Null relativ
groß werden und daher nicht zu tragen sind. Besser arbeiten in dieser Beziehung
die sogenannten Produktenschaltungen, bei denen der vom Elektrolyten begrenzte Strom
eine Stromverzweigung durchfließt, die entweder als Differential oder als Meßbrücke
geschaltet ist, und in einem der beiden Zweige das Widerstandsthermometer enthält.
Im Falle der Diffe-
rentialanordnung wurden bei einer bekannten
Ausführung die Differentialspulen entweder direkt in den als Empfänger dienenden
Quotientenmesser oder in einen vorgeschalteten Meßwandler verlegt, während bei der
Brücke das als Empfänger benutzte Galvanometer in bekannter Weise im Diagonalzweig
der Brücke liegt.
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Alle diese Schaltungen haben den Nachteil, daß ihre Elemente für
jeden einzelnen Fall unter Berücksichtigung des verlangten Meß- und Temperaturbereiches
sowie des vorhandenen Temperaturkoeffizienten besonders festgelegt oder getrimmt
werden müssen. Die Erfindung hat sich im Gegensatz dazu die Aufgabe gestellt, die
für die Leitfähigkeitsmessung benutzte Stromquelle so zu beeinflussen, däß ihre
Spannung bei steigender Temperatur nach dem gleichen Koeffizienten absinkt, nach
dem die Leitfähigkeit der zu messenden Flüssigkeit zunimmt.
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Erfindungsgemäß wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der eine Steuerung
mittels eines oder mehrerer temperaturempfindlicher Widerstände in dem Sinne, daß
die abgegebene Spannung in Abhängigkeit von der Meßtemperatur nach einer Hyperbel
verläuft, so daß in der angeschlossenen, aus Elektrolyt und in Reihe geschaltetem
Meßgerät bestehenden Meßschaltung ein Strom fließt, der jeweils der Konzentration
der Elektrolyten proportional ist, nicht aber von der Meßtemperatur beeinflußt wird.
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Bild I zeigt den ungefähren Verlauf einer Leitfähigkeitskurve in
Abhängigkeit von der Temperatur.
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Diese Kurve ist in der Mehrzahl aller Fälle ein Ausschnitt aus einer
Parabel zweiter Ordnung, so daß die Meßstromquelle nach der Erfindung eine Spannung
abgeben muß, die der reziproken Kurve, mithin einer Hyperbel zweiter Ordnung entspricht.
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Bild 2 und 3 zeigen an zwei Beispielen, wie der Erfindungsgedanke
verwirklicht werden kann. Bild 2 zeigt eine Brückenschaltung, die an den äußeren
Knotenpunkten I und 2 von einer entsprechenden Wechselstromquelle gespeist wird.
Ein oder zwei gegenüberliegende Widerstände der Brücke sind als Widerstandsthermometer
ausgebildet, während die anderen als Festwiderstände eingebaut sind. Es ist jedoch
auch möglich, alle vier Widerstände als Widerstandsthermometer einzusetzen, wenn
zwei gegenüberliegende Widerstände positive und die anderen beiden negative Koeffizienten
besitzen. Bei richtiger Bemessung aller vier Widerstände ergibt sich an den Klemmen
3 und 4 eine Spannung U = f (t), die den gewünschten Verlauf nach Bild I aufweist.
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In Bild 3 ist als weiteres Beispiel die Schaltung eines Differentialwandlers
mit drei Schenkeln in der erfindungsgemäßen Weise dargestellt. An die beiden Eingangsspulen
des Wandlers, die sich auf den Außenschenkeln befinden, sind in Differentialschaltung
ein Widerstandsthermometer und ein Festwiderstand oder ein Widerstandsthermometer
mit positivem und eines mit negativem Koeffizienten angeschlossen. Der Mittelschenkel
des Wandlers ist mit einer Netzspule ausgerüstet, deren Fluß sich in die in den
beiden Außenschenkeln fließenden Flüsse gabelt. Das Verhältnis der in den Außenschenkeln
vorhandenen Teilflüsse wird durch die von der Meßtemperatur beeinflußten Belastungen
gesteuert, die der Differentialkreis für die Außenschenkel darstellt.
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An den Klemmen 3 und 4 der gegeneinander geschalteten Ausgangsspulen
entsteht dann ebenfalls die gewünschte Meßspannung U = f (t) entsprechend der Kurve
in Bild I.
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In beiden Fällen braucht dann an die Klemmen 3 und 4 nur noch der
Elektrolyt mit einem passenden Meßinstrument in Reihe angeschlossen werden, um am
Meßinstrument eine der Konzentration des Elektrolyten entsprechende temperaturberichtigte
Anzeige zu erhalten. Man erzielt dabei noch den großen Vorteil, daß der Strom, der
den Elektrolyten durch. fließt, nur einen Bruchteil der Stromstärke erreicht, die
bei den oben als bekannt beschriebenen Anordnungen vorhanden ist.
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Die Erfindung ist auf die angeführten Beispiele nicht beschränkt.
Sie kann sich auch anderer Hilfsmittel bedienen, um zu dem gleichen Ziel zu kommen.
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Wesentlich ist, daß an der an Einfachheit nicht zu überbietenden Meßschaltung,
die aus der Reihenschaltung des Elektrolyten und eines Meßinstrumentes besteht,
eine Spannung anliegt, die so von der Meßtemperatur gesteuert wird, daß der Meßstrom
im Instrument bei gleichbleibender Konzentration des Elektrolyten trotz veränderter
Temperatur konstant bleibt.