DE858024C

DE858024C - Verfahren zum Messen des Gehalts an in einem Gemisch enthaltener Fluessigkeit oder an darin enthaltenen festen Bestandteilen

Info

Publication number: DE858024C
Application number: DEI3437A
Authority: DE
Inventors: Olof Dipl-Ing Joensson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-10-21
Filing date: 1950-10-22
Publication date: 1952-12-04
Also published as: GB682822A; CH293166A

Description

ICs ist bekannt, den Gehalt an in einem Gemisch enthaltener Flüssigkeit oder an darin enthaltenen festen Bestandteilen unter Ausnutzung desjenigen Umstandes zu messen, daß die spezifische Wärme oder die wärmeleitenden Eigenschaften des Gemisches sich bei schwankenden ATischverhältnissen ändern. Man kann dabei derart vorgehen, daß das zu untersuchende Gemisch in ein Gefäß eingeführt wird, in welchem eine Wärmequelle l>ekannter Leistung angebracht wird, worauf die Temperatur in einem gewissen Punkt, wo Gleichgewichtszustand eingetreten ist. abgelesen wird. Diese Untersuchung ist aber zeitraubend und kann nicht als ununterbrochene Kontrollmaßnahme im gewerblichen Betrieb vorgenommen werden. Man hat daher vorgeschlagen, in das Gemisch ein Meßgerät niederzusenken. welches eine elektrische Wärmequelle umfaßt, welcher Strom während einer verhältnismäßig kurzen Zeitperiode zugeführt wird, \\^rorauf die Temperatur des Meßgeräts gemessen wird, wobei diese Temperatur mittelbar ein Maß der Wärmeabgabe des Meßgeräts und damit der wärmeleitenden Eigenschaften des Gemisches gibt. Man kann auch das Gemisch ununterbrochen am Meßgerät vorbeiströmen lassen, welches in diesem Falle ununterbrochen erwärmt wird und eine Temperatur annimmt, die von der ununterbrochenen Fortleitung der Wärme an das vorbeiströmende Gemisch abhängig ist.

Die beiden letztgenannten Meßmethoden gestatten eine schnelle Untersuchung, aber das Ergebnis wird durch Fehlerquellen unsicher. So

setzt die Methode voraus, daß die Temperatur des Gemisches von Fall zu Fall dieselbe sein soll, was nicht zu verwirklichen ist. Ferner ist es gewöhnlich so, daß die Spannung des Beleuchtungsnetzes verhältnismäßig stark schwankt, was gleichfalls Fehler an dem ermittelten Wert der Zusammensetzung des Gemisches, beispielsweise des Feuchtigkeitsgehalts des Gemisches veranlaßt, wenn die Anlage an das Netz angeschlossen ist.

ίο Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Gehalts an in einem Gemisch enthaltener Flüssigkeit oder an darin enthaltenen festen Bestandteilen, bei welchem die Temperatur eines in das Gemisch niedergesenkten, durch eine Wärmequelle erwärmten Körpers im Vergleich mit der der Wärmequelle zugeführten Energiequelle ein Maß der spezifischen Wärme und/oder der wärmeleitenden Eigenschaften des Gemisches gibt, welche mit der Zusammensetzung des Gemisches schwanken, und die Erfindung kennzeichnet sich in der Hauptsache dadurch, daß man auch die Temperatur des Gemisches mißt und als Vergleichsgröße den Temperaturunterschied zwischen den beiden Meßstellen verwendet. Hierdurch wird es möglich, von Schwankungen der Temperatur des Gemisches herrührende Fehlerquellen gänzlich zu beseitigen.

Weitere Kennzeichen der Erfindung ergeben sich

aus der folgenden Beschreibung von Vorrichtungen zur Ausführung der Meßmethode. Hierbei zeigen Fig. ι bis 3 drei verschiedene Schaltschemas der Meßanlage.

In Fig. ι bezeichnet 1 einen Transformator, der mittels eines Hauptschalters 2 beispielsweise an ein Beleuchtungsnetz angeschlossen ist. Die Sekundärseite des Transformators 1 ist mit drei Wicklungen 3, 4 und 5 versehen, von welchen die Wicklungen 3 und 4 mit Mittelabgriffen versehen und über Gleichrichter L, wie z. B. Selengleichrichter, an schematisch angedeutete Stabilisierröhren 6 bzw. 7 geschaltet sind, von welchen konstante und gleich große Spannungen entnommen werden können. An die Stabilisierröhre 6 ist eine Widerstandsschlinge 8 angeschlossen,, welche mit einem Mikroamperemeter 9 in Reihe geschaltet ist, und an die Stabilisierröhre 7 ist eine ähnliche Widerstandsschlinge 10 angeschlossen, welche ebenfalls mit genanntem Meßinstrument 9 in Reihe geschaltet ist. Die Schaltung ist dabei eine solche, daß das Instrument 9 von gegengerichteten Strömen durchflossen wird, so daß das Instrument stromlos wird, wenn die Widerstände 8 und 10 gleich groß sind.

Die Widerstände 8 und 10 sind aus einem Material ausgeführt, dessen spezifischer Widerstand sich mit der Temperatur stark ändert.

An die Sekundärwicklung 5 des Transformators 1 ist über die Endpunkte ein schematisch angedeutetes Wärmeelement 11 angeschlossen, welches in einem Gerät angebracht ist, welches die Widerstandsschlinge 10 enthält. Zwischen dem einen Ende der Wicklung 5 und einem Abgriff zwischen den Enden derselben ist eine weitere Wärmequelle 12 eingeschaltet, welche sich in einem die Widerstandsschlinge 8 enthaltenden Gerät befindet. Die beiden Geräte, die durch die Umrißlinien 13 bzw. 14 schematisch angedeutet sind, können somit erwärmt werden, wobei das Gerät 13 durch einen Strom höherer Spannung als das Gerät 14 erwärmt wird.

Um die Meßmethode zu erklären, kann vorausgesetzt werden, daß lediglich das Gerät 13 mit einer Wärmevorrichtung versehen ist. Wenn die beiden Geräte 13 und 14 in ein zu untersuchendes Gemisch niedergetaucht werden, nehmen sie die Temperatur des Gemisches an. Wenn nachher Strom dem Gerät 13 während einer kürzeren Zeitperiode zugeführt wird, so wird dieses Gerät erwärmt, und in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Gemisches hat die Widerstandsschlinge 10 bei der Unterbrechung des Stromes eine gewisse Temperatur angenommen, welche höher ist als die Temperatur der Widerstandsschlinge 8, weshalb auch der Widerstand der Schlinge 10 höher ist. Infolgedessen fließt Strom durch das Instrument 9 hindurch, dessen Ausschlag ein Maß des Temperaturunterschiedes bildet. Da die Temperatur der Schlinge 10 unmittelbar nach Ausschalten des Stromes sinkt, muß eine Ablesung gerade im Unterbrechungsaugenblick erfolgen, und zu diesem Zweck ist das Instrument 9 mit einer Arretiervorrichtung versehen, welche in der Zeichnung schematisch als eine Magnetspule 15 angedeutet ist. Für die Betätigung dieser Arretiervorrichtung ist in die Leitung des Elementes 11 ein als Umschalter ausgeführter Zeitschalter 16 eingeschaltet, an welchen der Elektromagnet 15 in solcher Weise angeschlossen ist, daß der Strom zu demselben gleichzeitig mit dem Ausschalten des Wärmestromes eingeschaltet wird.

Nachdem das Instrument mit Hilfe von bekannten Gemischen kalibriert worden ist, kann dasselbe für unmittelbares Ablesen der gewünschten Meßgröße in Grade abgeteilt werden.

Um die Empfindlichkeit des Meßinstrumentes 9 in bester Weise auszunutzen, ist es zweckmäßig, gemäß Fig. 1 einen besonderen Widerstand R zwischen die eine Widerstandsschlinge 8 und das Meßinstrument einzuschalten. Hierdurch wird das Gleichgewicht der Meßvorrichtung gestört, so daß Strom durch das Instrument hindurchfließt, auch wenn beide Schlingen 8 und 10 denselben Widerstand haben. Wenn die Widerstandsschlinge 10 nachher während des Meßvorganges erwärmt wird, ^uo vermehrt sich deren Widerstand, so daß der Strom durch das Instrument auf einen für die Ablesung geeigneten Wert niedergebracht ist, wenn der Zeitschalter 16 den Wärmestrom ausschaltet. Während der Meßperiode bewegt sich somit der Zeiger des ¹¹S Instruments von oben gegen Null hinab, und die Ablesung findet somit in demjenigen Augenblick statt, wo der Zeiger zum Wenden neigt.

Man ist selbstverständlich bestrebt, große Genauigkeit des abgelesenen Wertes zu erhalten, wes- ¹^o halb es zweckdienlich ist, ein sehr empfindliches Meßinstrument zu verwenden. Die Stromschwankungen während der Meßperiode werden aber derart beträchtlich, daß die Stärke des das Instrument ursprünglich durchsetzenden Stromes mehrere Male größer ist, als dem höchsten ablesbaren Wert

entspricht. Fig. ι zeigt, wie zu dem Amperemeter 9 eine Leitung parallel geschaltet ist, welche einen Schalter 18 enthält. Dieser Schalter umfaßt ein bimetallisches Glied, das mittels einer Spule 19 erwärmt wird, welche an die Wicklung 5 des Transformators angeschlossen ist. Der Schalter 18 ist somit normal geschlossen; aber nachdem der Strom mittels des Hauptschalters 2 eingeschaltet worden ist, wird das bimetallische Glied nach kurzdauernder Erwärmung den Schalter 18 ausschalten, so daß das Instrument 9 durch den Meßstrom durchsetzt wird, welcher dabei so geschwächt worden ist, daß er in das Ablesungsfeld des Meßinstruments fällt.

Aus dem Obigen ergibt sich, daß die Genauigkeit des Meßergebnisses von der Spannung der Stromquelle, d. h. des Beleuchtungsnetzes, abhängig ist. Die beiden Stabilisierröhren 6 und 7 sichern eine annähernd konstante Spannung für die Widerstandsschlingen 8 und 10, aber die Leistung des Wärmeelementes 11 schwankt selbstverständlich mit der Spannung. Um den Einfluß der Spannungsschwankungen zu mindern, enthält auch das Meßgerät 14 eine Wärmequelle. Hierbei kann man sich denken, daß das Meßgerät 14 einen beispielsweise dreimal so großen Flächeninhalt hat wie das Meßgerät 13, was zur Folge hat, daß das Fortleiten von Wärme vom Meßgerät 14 das Dreifache ist im Vergleich mit dem Meßgerät 13. Durch geeignetes Anpassen der Widerstände und der Spannungen der beiden Wärmeelemente 11 und 12 kann man erreichen, daß der Temperaturunterschied zwischen den beiden Elementen in der Hauptsache konstant wird, und zwar unabhängig davon, ob die Spannung schwankt oder nicht.

Fig. 2 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführung eines Schaltschemas. Hierbei ist ein Widerstand 20 zwischen zwei Kontakte eingeschaltet, von welchen angenommen werden kann, daß sie an eine Stabilisierröhre der im Schaltschema gemäß Fig. 1 verwendeten Gattung angeschlossen sind. Zwischen einen Abgriff in der Mitte dieses Widerstandes und einen Punkt zwischen den beiden reihengeschalteten Widerstandsschiingen 8 und 10 ist das Amperemeter 9 eingeschaltet. Dieses Schaltschema kann in gewissen Fällen dem in Fig. 1 Gezeigten vorzuziehen sein. Fig. 2 zeigt nur das Schema des eigentlichen Meßkreises, aber selbstverständlich muß die Anordnung im übrigen in der Hauptsache mit dem Schaltschema gemäß Fig. 1 übereinstimmen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind die Widerstandsschiingen 8 und 10 durch die beiden Lötstellen 30 und 31 eines Thermoelementes ersetzt, welches an das Meßinstrument 9 unmittelbar angeschlossen ist. Durch geeignete Wahl des Materials des Thermoelementes und durch eventuelle Reihenschaltung einer Mehrzahl derartiger Elemente können hinreichende Ausschläge mit einem empfindlichen Meßinstrument bei den für das Messen vorkommenden Temperaturunterschieden erhalten werden. Auch das Schaltschema gemäß Fig. 3 betrifft lediglich den Meßkreis, welcher somit anstatt des Meßkreises in Fig. 1 angewandt werden kann.

Wenn das Messen in einem Gemisch vorgenommen werden soll, welches sich in Bewegung befindet, ist es zweckmäßig, die beiden Meßgeräte innerhalb eines Schirmes anzubringen, welcher das innerhalb des Schirmes befindliche Gemisch während der kurzen Meßperiode unbeweglich hält. Das ganze Instrument kann sehr gedrängt als Handgerät ausgeführt werden, und für die Betätigung desselben ist keine Sachkenntnis erforderlich, so daß es einfach ist, eine ununterbrochene Gütekontrolle, beispielsweise bei der Herstellung von Fleischwaren, vorzusehen, welche ja, wie bekannt, nicht mehr als ein gewisses Prozent Wasser enthalten dürfen.

Da es erwünscht ist, daß die Meßgeräte eine geringe Masse besitzen, um Temperaturschwankungen schnell folgen zu können, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das eigentliche Wärmeelement als ein dünnwandiges Rohr eines Materials, dessen spezifischer Widerstand von der Temperatur möglichst unabhängig ist, beispielsweise als ein Rohr aus Manganin, zu gestalten, und an der Außenseite des Rohres kann der Widerstandsdraht unter zweckdienlicher Isolierung aufgewickelt werden). Die beiden in dieser Weise ausgeführten stabförmigen Meßgeräte können von einem gabelähnlichen Halter getragen werden, so daß sie gleichzeitig nebeneinander in das zu untersuchende Gemisch oder die zu untersuchende Lösung niedergetaucht werden können.

Der im Schaltschema in Fig. 1 enthaltene Widerstand R muß austauschbar sein, wodurch man die Meßvorrichtung durch Einführung eines größeren oder geringeren Widerstandes verschiedenen Anwendungsgebieten anpassen kann.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in ihren Einzel- heiten im Rahmen der folgenden Patentansprüche abgeändert werden. Um größere Meßströme zu erhalten, ist es denkbar, diese durch Röhrenverstärker zu verstärken. Es dürfte auch einleuchtend sein, daß man anstatt eines Amperemeters ein Voltmeter verwenden könnte.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Messen des Gehalts an in einem Gemisch enthaltener Flüssigkeit oder an darin enthaltenen festen Bestandteilen, bei welchem die Temperatur eines in das Gemisch niedergesenkten, durch eine Wärmequelle erwärmten Körpers im Vergleich mit der der Wärmequelle zugeführten Energiemenge ein Maß der spezifischen Wärme und/oder der wärmeleitenden Eigenschaften des Gemisches gibt, welche mit der Zusammensetzung des Gemisches schwanken, dadurch gekennzeichnet, daß man auch die Temperatur des Gemisches iao mißt und als Vergleichsgröße den Temperaturunterschied zwischen den beiden Meßstellen verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen mit Hilfe von elektrischen Vorrichtungen (8, io, 30, 31)

gemessen werden, so daß eine dem Temperaturunterschied entsprechende Meßgröße an einem elektrischen Meßinstrument (9) abgelesen werden kann.

3. Verfahren nach einem-der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßstelle erwärmt wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein erstes Temperaturmeßgerät (13), welches mit einer elektrischen Wärmequelle (11) versehen ist, sowie ein zweites Temperaturmeßgerät (14) enthält, welche beiden Geräte iri das zu untersuchende Gemisch einzuführen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperaturmeßgeräte (13, 14) aus Widerstandsdrähten (11, 12) solchen Materials bestehen, das seinen elektrischen Widerstand mit der Temperatur verhältnismäßig stark ändert, welche Drähte in eine Brückenschaltung eingeschaltet sind, welche ein Meßinstrument (9) enthält, das bei Widerstandsänderung der beiden Drähte Ausschläge

a₅ gibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Temperaturmeßgerät (14) mit einer elektrischen Wärmequelle (12) anderer Leistung als die Wärmequelle (n) des ersten Meßgerätes (13) versehen ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Wärmequelle (11) des ersten Aleßgerätes (13)

an eine Stromquelle über einen Schalter (16) angeschlossen ist, welcher derart eingerichtet ist, daß er nach Einschalten den Strom während einer gewissen begrenzten Zeitperiode geschlossen hält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung eine elektromotorische Kraft (Stabilisierröhre 6, 7) und einen Widerstandsdraht (8, 10) in jedem Brückenzweig umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Brückenzweig (6, 8) ein Widerstand (R) über denjenigen (8) hinaus angebracht ist, der im Temperaturmeßgerät (14) enthalten ist, so daß bei gleicher Temperatur der Widerstandsdrähte (10, 8) der Meßgeräte (13, 14) ein verhältnismäßig großer Strom das Meßinstrument (9) durchsetzt, während der in den genannten Brückenzweig (6, 8) eingeschaltete zusätzliche Widerstand (7?) derart abgepaßt ist, daß sich der Strom durch das Meßinstrument (9) dem Null wert nähert, wenn der Widerstand des Widerstandsdrahtes (10) in dem zweiten Brückenzweig (7, 10) während der beim Messen erfolgenden Erwärmung desselben zunimmt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Widerstand (R) austauschbar ist, um die Vorrichtung verschiedenen Anwendungsgebieten anzupassen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitschalter (16) derart eingerichtet ist, daß er beim Ausschalten des Stromes zu der elektrischen Wärmequelle (11) eine Arretiervorrichtung (15) für das Meßinstrument (9) betätigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

5518 11.