DE858023C

DE858023C - Method for temperature-compensated measurement of PH values or the like.

Info

Publication number: DE858023C
Application number: DES12358D
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Lieneweg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-07-17
Filing date: 1943-07-17
Publication date: 1952-12-04

Description

Verfahren zur temperaturkompensierten Messung vonp,-Werten od. dgl.Method for temperature-compensated measurement of p, values or the like.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur temperaturkompensierten Messung von pH-Werten od. dgl. The invention relates to a method for temperature compensated Measurement of pH values or the like

Es sind schon verschiedene Verfahren für die Temperaturkompensation von elektrometrischen Messungen, z. B. des pH-Wertes, bekanntgeworden. Man hat dabei zu unterscheiden zwischen Schaltungen nach dem Ausschlagsverfahren und dem Kompensationsverfahren. Für eine vollständige Temperaturkompensation ist sowohl eine Neigungsänderung als auch eine Parallelverschiebung der EMK-pH-Kurven gleicher Temperatur erforderlich. Man kann jedoch in vielen Fällen auf die Neigungsänderung oder aber auf die Parallelverschiebung der EMK-pH-Kurven verzichten, ohne daß allzu große Fehler dabei gemacht werden. Bei Verwendung lichtelektrischer Bolometer- oder ähnlich wirkender Verstärker wird die Spannungsmessung nach der Lindeck-Rothe-Schaltung durchgeführt, indem der zu messenden Spannung eine Gegenspannung entgegengeschickt wird, die von einem festen Widerstand abgenommen wird. There are already different methods for temperature compensation of electrometric measurements, e.g. B. the pH, has become known. You have it with you to distinguish between switching according to the deflection method and the compensation method. For full temperature compensation, both a slope change and a parallel shift of the EMF-pH curves of the same temperature is also required. In many cases, however, one can use the change in inclination or the parallel shift of the EMF-pH-curves without making too big mistakes. When using photoelectric bolometers or similarly acting amplifiers the voltage measurement according to the Lindeck-Rothe circuit is carried out by the to A counter-voltage is sent against the measuring voltage, which is generated by a fixed Resistance is decreased.

Um den Spannungsabfall an dem festen Widerstand gleich der Spannung des galvanischen Elementes zu machen, wird der in diesem fließende Strom verändert, der dann ein Maß für den Meßwert ist.To the voltage drop across the fixed resistor equals the voltage of the galvanic element, the current flowing in it is changed, which is then a measure for the measured value.

Für die Temperaturkompensation ist bereits vorgeschlagen worden, diesen Widerstand aus einem temperaturempfindlichen Organ herzustellen. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Temperaturkompensation für einen Meßpunkt nur dann richtig durchgeführt werden kann, wenn der Temperaturkoeffizient des galvanischen Elementes kleiner oder höchstens gleich dem Temperaturkoeffizienten des temperaturabhangigen Widerstandes ist. So wäre z. B. für die temperaturkomp ensiert e pH-Messung einer Antimon-Kalomel-Elektrode bei 5 PH eine Temperaturkompensation von I3 mV/1o0 bei 220 mV Spannung für 200 C erforderlich. Um diese Spannung l.'z.u omensieren, müßte sich je 100 C Temperaturänderung der Widerstand von IOO auf Io6 Q ändern, während ein Kupfer- oder Platinthermometer nur eine Widerstandsänderung von 4 Q ergibt. Auch durch Ändern der absoluten Größe des Widerstandes selbst ist keine Abhilfe möglich. Man muß deshalb Spezialthermometer mit geeignetem Temperaturkoeffizienten in solchen Fällen verwenden. For temperature compensation it has already been proposed that to produce this resistance from a temperature-sensitive organ. This arrangement has the disadvantage, however, that the temperature compensation for a measuring point is only possible can be done correctly if the temperature coefficient of the galvanic Element smaller or at most equal to the temperature coefficient of the temperature-dependent resistance. So z. B. for the temperature comp e pH measurement of an antimony calomel electrode at 5 pH results in temperature compensation of I3 mV / 1o0 at 220 mV voltage for 200 C. To this tension l.'z.u omens, the resistance would have to change from 100 to Io6 for every 100 C change in temperature Q change, while a copper or platinum thermometer only changes resistance of 4 Q results. Also by changing the absolute size of the resistance itself is no remedy possible. One therefore has to use a special thermometer with a suitable temperature coefficient use in such cases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für solche Messungen beliebige Widerstandsthermometer zu verwenden, also eine Meßanordnung zu schaffen, bei der unabhängig von der Größe des Temperaturkoeffizienten des galvanischen Elementes die Temperaturkompensation mit einem Widerstand von beliebigem Temperaturkoeffizienten durchgeführt werden kann. The invention is based on the object of any desired measurements for such measurements To use resistance thermometer, so to create a measuring arrangement in which regardless of the size of the temperature coefficient of the galvanic element temperature compensation with a resistor of any temperature coefficient can be carried out.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß eine Brückenschaltung verwendet wird, bei der der Brückenspeisestrom als Maß für den PH-Wert od. dgl. dient, wobei in einem Zweig der Brücke ein temperaturempfindlicher Widerstand und im Diagonalzweig der Brücke das Steuergalvanometer und das galvanische Element zur Messung des PH-Wertes od. dgl. liegen. This object is achieved in such a way that a Bridge circuit is used in which the bridge feed current as a measure of the PH value or the like is used, with a temperature-sensitive one in one branch of the bridge Resistance and in the diagonal branch of the bridge the control galvanometer and the galvanic one Element for measuring the pH value or the like. Lie.

Die Fig. I und 2 zeigen erfindungsgemäße Ausführungsformen der Schaltung. FIGS. I and 2 show embodiments of the circuit according to the invention.

In Fig. I ist eine Brückenschaltung mit den.Brückenwiderständen R1 bis R4 dargestellt. Der Widerstand R1 ist dabei als temperaturempfindlicher Widerstand ausgeführt, Im Diägonalzweig der Brücke befinden sich das galvanische Element zur pH-Messung und das Steuergalvanometer N. J stellt das Meßinstrument zur Anzeige des pH-Wertes dar, während mit V z. B. das Steuergalvanometer eines Bolometerverstärkers bezeichnet ist, durch den der Brückenstrom verändert wird. In Fig. I is a bridge circuit with the bridge resistors R1 to R4. The resistor R1 is a temperature-sensitive resistor executed, in the diagonal branch of the bridge are the galvanic element for pH measurement and the control galvanometer N.J provides the measuring instrument for display the pH value, while with V z. B. the control galvanometer of a bolometer amplifier is designated, through which the bridge current is changed.

Bei dieser Schaltung hängt der für die Beseitigung des Temperaturkoeffizienten des galvanischen Elementes erforderliche Temperaturkoeffizient des temperaturempfindlichen Widerstandes R1 sowohl von der Größe dieses Widerstandes selbst als auch von der Größe der anderen Brückenwiderstände R2, R3 und R4 ab. Für die Bemessung der Brückenschaltung gilt nämlich die Beziehung: Man kann deshalb durch Bemessung der Einzelwiderstände mit einem gegebenen Thermometer beliebige Temperaturkoeffizienten des galvanischen Elementes kompensieren. Demgegenüber gilt für die Bemessung der Lindeck-Rothe-Schaltung die Beziehung mV = J. R1, wonach nur die Größe von R1 allein die Spannung bestimmt.In this circuit, the temperature coefficient of the temperature-sensitive resistor R1 required to eliminate the temperature coefficient of the galvanic element depends both on the size of this resistor itself and on the size of the other bridge resistors R2, R3 and R4. The following relationship applies to the dimensioning of the bridge circuit: You can therefore compensate for any temperature coefficient of the galvanic element by measuring the individual resistances with a given thermometer. In contrast, the relationship mV = J. R1 applies to the dimensioning of the Lindeck-Rothe circuit, according to which only the size of R1 determines the voltage.

Wird beispielsweise R3 gleich R4 gemacht, so sinkt mit abnehmendem Widerstand von R1 der erforderliche Temperaturkoeffizient des temperaturempfindlichen Widerstandes. Ebenso wird der Temperaturkoeffizient um so kleiner, je größer die Widerstände R3 und R; sind. Schließlich darf R2 nicht wesentlich kleiner als R, sein, um einen kleinen Temperaturkoeffizienten zu erhalten. Es ist aber die Bedingung bei der Bemessung der Widerstände zu erfüllen, daß R2 kleiner als R1 und der Spannungsabfall J1. R1 größer als J2 R3 ist, vorausgesetzt, daß R3 = R4 ist. So erhält man beispielsweise mit einem Widerstand Rl = IOO R3 = R4 = I500 Q, R2 = 80 9 eine volle Temperaturkompensation bei dem oben angegebenen Beispiel, wenn sich der Widerstand von R1 bei 100 Temperaturänderung von IOO auf IOI,O3 Q erhöht. Aus diesen Überlegungen geht hervor, daß man ohne weiteres ein handelsübliches Thcrmompter von IOO Q bei o° verwenden kann. Ergibt sich die für die Temperaturberichtigung erforderliche Widerstandsänderung kleiner, als dem lemperaturkoeffizienten des Thermometers entspricht, so kann man nach Fig. 2 dann diesem durch geeigneten Parallelwiderstand und unter Umständen auch Vorwiderstand an den erforderlichen Wert anpassen. Es werden also die Widerstände Ria und R1 b z. B. so gewählt, daß der Gesamtwiderstand Ioo 9 und die Temperaturänderung von 100 eine Widerstandsänderung dieser Kombination von I,O3 ergibt. Man kann aber die Brücke auch leicht so bemessen, daß lediglich das Widerstandsthermometer einzuschalten ist. Dieses Widerstandsthermometer T liegt parallel zu dem Brückenteilwiderstand Reib. Im übrigen ist die Schaltung nach Fig. I geblieben. If, for example, R3 is made equal to R4, it decreases with decreasing Resistance of R1 the required temperature coefficient of the temperature sensitive Resistance. The larger the temperature, the smaller the temperature coefficient Resistors R3 and R; are. After all, R2 must not be significantly smaller than R, to get a small temperature coefficient. But it is the condition When dimensioning the resistances to meet that R2 is less than R1 and the voltage drop J1. R1 is greater than J2 R3, provided that R3 = R4. So you get for example with a resistor Rl = 100 R3 = R4 = I500 Q, R2 = 80 9 a full temperature compensation in the example given above, if the resistance of R1 increases at 100 temperature change increased from IOO to IOI, O3 Q. From these considerations it follows that one can easily can use a commercially available 100 Q thermompter at 0 °. If the the change in resistance required for the temperature correction is less than that corresponds to the temperature coefficient of the thermometer, then according to FIG this by means of a suitable parallel resistor and, under certain circumstances, also a series resistor adjust to the required value. So there are the resistors Ria and R1 b z. B. chosen so that the total resistance Ioo 9 and the temperature change of 100 results in a change in resistance of this combination of I, O3. But you can Bridge also easily dimensioned so that only the resistance thermometer is switched on is. This resistance thermometer T lies parallel to the bridge part resistance Friction. Otherwise, the circuit according to FIG. 1 has remained.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird lediglich eine Neigungsänderung der EMK-pH-Kurven hervorgerufen, wobei sich bei voller Temperaturkompensation der Drehpunkt an dem gemeinsamen Schnittpunkt der Kurven gleicher Temperatur befinden muß. Andernfalls erhält man bei diesem Verfahren in bekannter Weise nur eine völlige Kompensation an einem Meßunkt der Skala, den man zweckmäßig auf den häufigsten Meßwert, vorzugsweise in Skalenmitte, legen wird. Eine völlige Temperaturkompensation kann in an sich bekannter Weise dann dadurch erhalten werden, daß man in den Diagonalzweig der Brücke eine temperaturabhängige Spannung einlagert, durch die die erforderliche Parallelverschiebung bewirkt wird. Diese Spannung kann auch gleichzeitig zur Nullpunktsunterdrückung zwecks Ausführung begrenzter Meßbereiche, z. B. von 4 . . . 9 PH, verwendet werden. The method according to the invention only results in a change in inclination of the EMF-pH-curves, whereby with full temperature compensation the The pivot point is at the common intersection of the curves of equal temperature got to. Otherwise only a complete one is obtained with this method in a known manner Compensation at a measuring point on the scale, which is expediently based on the most frequently measured value, preferably in the middle of the scale. A complete temperature compensation can can then be obtained in a manner known per se by inserting into the diagonal branch the bridge incorporates a temperature-dependent voltage through which the required Parallel displacement is effected. This voltage can also be used at the same time as the zero point suppression for the purpose of executing limited measuring ranges, e.g. B. from 4. . . 9 PH, can be used.

Claims

PATHNTA N 5 C 1 <Cli: Procedure for temperature-compensated measurement of pn values or the like, characterized in that in a bridge circuit the Bridge feed current as a measure for the pH values or the like. Serves, in one branch a temperature-sensitive resistor in the bridge and in the diagonal branch of the bridge the control galvanometer and the galvanic element for measuring the pn value or like. lie.