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Meßwertgeber zur Leitfähigkeitsmessung von flüssigen Elektrolyten
Die
Leitfähigkeitsmessung von Flüssigkeiten hat in den letzten Jahren immer mehr an
Bedeutung gewonnen, da sie in vielen Fällen eine umständliche chemische Analyse
ersetzt und in sehr vielen ande ren Fällen überhaupt die einzige Methode darstellt,
Aufschluß über die Konzentration der Flüssigkeiten zu erhalten. Neben der bequemen
Handhabung elektrischer Leitfähigkeitsmeßgeräte ist es insbesondere die kontinuierliche
Messung, die eine pausenlose Überwachung wichtiger Betriebsvorgänge, Signalgebung
in Gefahrenfällen, Registrierung und schließlich automatische Regelung der Konzentration
erlaubt. Durch besondere Maßnahmen läßt sich dazu der Anzeigewert auf mehrere Empfänger
übertragen; ein Vorteil, der besonders bei ausgedehnteren Meßanlagen notwendig wird.
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Zur Erfassung des Meßwertes sind Meßwertgeber bekannt, die im wesentlichen
aus einer Armatur bestehen, in der zwei oder mehrere Elektroden voneinander isoliert
eingebaut sind. In der Mehrzahl aller Fälle enthält der Meßwertgeber gleichzeitig
einen temperaturempfindlichen Widerstand (Widerstandsthermometer), der in besonderen
Schaltungen dazu benutzt wird, die Anzeige des Leitfähigkeitsmeßgerätes unabhängig
von den durch Temperaturschwankungen bedingten Beitfähigkeitsänderungen
der
Flüssigkeit zu machen. Als besonders günstig hat sich die konzentrische Bauart der
beiden Elektroden erwiesen, wobei die innere Elektrode eine Bohrung besitzt, in
der das Widers tands thermometer untergebracht ist. Eine solche bekannte Elektrodenanordnung,
geeignet etwa zum Einbau in unter Druck stehende Leitungen, Behälter od. dgl., zeigt
Abb. I. Der Meßwertgeber besteht aus der Innenelektrode I und der Außenelektrode
2. Diese letztere steht normalerweise in metallischem Kontakt mit dem aus einem
Stück gefertigten Geberkopf 3. Mittels des Armaturenflansches 3 a wird der Meßwertgeber
- unter Verwendung einer geeigneten Dichtung - in die zu überwachende Leitung, Behälter
od. dgl. eingebaut. Die Außenelektrode 2 trägt loch-oder schlitzartige Durchbrüche
2 a. Die Innenelektrode I mit der Bohrung, welche das Widerstandsthermometer 4 mit
seinen Zuleitungen 4a aufnimmt, muß isoliert und druckdicht in den Geberkopf 3 durchgefiihrt
werden. Sie trägt hierzu einen Bund Ia, welcher mit denDichtui:gsringen5aund5b dieAbdichtung
gegen den Innensteg 3 b des Geberkopfes übernimmt. Die Befestigung erfolgt mittels
der Mutter 6 über eine Isolierstoffscheibe 7. 8 ist ein Kragen aus Isolierstein,
welcher zur Abschirmung der Innenelektrode gegen den Geberkopf dient.
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Diese Bauart hat jedoch eine Reihe von Nachteilen: Der starke Bund
I a, der die Abdichtung überplimmt, bedingt einen verhältnismäßig großen Durchmesser
des Gebers. Die Materialanhäufung an diesem Bund an der notwendig großen Mutter
6 zur zentralen Befestigung bewirkt eine unerwünschte Wärmekapazität der Innenelektrode
und eine nachteilige Wärmeableitung in den Geberkopf, an bzw. in dem sich die Zuleitungen
befinden. Da die Elek troden durchweg aus chromlegiertem Material hergestellt werden,
ist diese Bauart einerseits durch verhältnismäßig großen Materialverbrauch gekennzeichnet,
andererseits ist es sehr lästig, in dieses Material Sacklöcher zu bohren, wie es
die Innenelektrode zur Aufnahme des Thermometers benötigt.
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Der große Durchmesser des Bundes 1 a verlangt besondere Maßnahmen
zur Erzielung der gewünschten Widerstandskapazität (Verhältnis des Elektrodenabstandes
zum Querschnitt). Diese bestehen in einer Abschirmung des Bundes gegen die Außenelektrode
entweder durch den in Abb. I dargestellten Kragen 8 oder durch eine vollkommene
Abdekkung mit Isolierstoff. Der Zusammenbau des Gebers nach Abb. I ist erschwert,
da Innenelektrode und Widerstandsthermometer von zwei verschiedenen Seiten eingebaut
werden müssen und somit nicht die wünschenswerte Einheit bilden.
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Der Meßwertgeber zur Leitfähigkeitsmessung von flüssigen Elektrolyten
mit konzentrischer Anordnung der Elektroden und innerhalb der hohlen Innenelektrode
angeordnetem Widerstandsthermometer vermeidet diese Nachteile dadurch, daß gemäß
der Erfindung die Innenelektrode mittels einer dünnen, elektrisch leitenden, sie
und das Widerstandsthermometer durchdringenden Zugstange unter Zwischenschaltung
der Elektrodenisolation am Befestigungsflansch zentrisch gehaltert ist.
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Abb. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung.
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Die Innenelektrode 1 ist nunmehr wesentlich verkürzt. Sie weist am
unteren Ende eine kurze Bohrung I b auf, in der die Zugstange g befestigt ist. Die
Abdichtung der Innenelektrode gegen den Innensteg 3 b des Geberkopfes geschieht
nunmehr durch die wesentlich schmäleren Dichtungsringe 5 a und 5 b. Die Befestigung
der gesamten Innenelektrode erfolgt durch die kleine Mutter 6 über die Isolierstoffscheibe
7. Die Zugstange g ist durch den Isolierstein 8 völlig abgedeckt. 4 ist die Wicklung
des Widerstandsthermometers mit den Zuleitungen 4 a.
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Gegenüber der bekannten Ausführung der Abb. r bietet diese erfindungsgemäße
Ausführung mannigfache Vorteile: Der Durchmesser des Gebers kam beträchtlich verringert
werden. Die unerwünschte Materialanhäufung am Geberkopf ist vermieden, desgleichen
die hohe Wärmekapazität der Innenelektrode und die Wärmeableitung in den Geberkopf.
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Die zentrale Zugstange g benötigt wegen ihrer geringen Beanspruchung
nur einen kleinen Querschnitt, so daß ihre Wärmeableitung so gering wird, daß sie
im Geberkopf nicht spürbar ist. Sie kommt dazu noch dem Widerstandsthermometer zugute,
das auf einem hohlgebohrten Wickelkörper aufgebracht ist und die Wärme auch von
innen zugeführt erhält. Die Wärmezufuhr von außen erfolgt bei der erfindungsgemäßen
Ausführung nach Abb. 2 so, daß zwischen dem Außendurchmesser der Zugstangeg und
dem Innendurchmesser der hohlgebohrten Innenelektrode I ein Zwischenraum entsteht,
in den das Wi derstandsthermometer 4 hineinreicht. Durch diese satteBerührung des
Wicklungsträgers mit der Innenelektrode und der Zugstange ergibt sich ein besonders
günstiger Wärmeübergang zwischen dem Meßgut und dem temperaturempfindlichen Widerstand.
Die wesentlich verkleinerte Innenelektrode benötigt nur einen Bruchteil an Material
und Fertigungszeit. Abb. 2 zeigt weiter, daß der erfindungsgemäße Meßwertgeber den
leichten und schnellen Zusammenbau voil Innenelektrode, Widerstands -thermometer,
Isolierstein und Dichtungen zu einer Einheit erlaubt. Dies ist nicht nur für die
Fertigung von Vorteil, sondern erleichtert auch das spätere Demontieren zwecks Reinigung,
Prüfung usw. Die Wi derstandskapazität ist nunmehr einwandfrei durch die geometrischen
Abmessungen der Innen elektrode gegeben. Irgendwelche Maßnahmen zur Abschirmung
fallen ebenso fort wie die damit in der Regel verbundene Bildung toter Winkel, die
bei Meßwertänderungen erfahrungsgemäß stören.
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Vielfach werden bei der Leitfähigkeitsmessung mehr als zwei Elektroden
benötigt, um den Anschluß mehrerer Empfänger an nur einen Meßwertgeber zu ermöglichen.
Bekannt sind Anordnungen, bei denen man in solchen Fällen mehrere Meßwertgeber mit
je zwei Elektroden nebeneinander in die mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllten
Rohrleitungen oder Behälter einschraubt. Bekannt sind weiter Meßwertgeber, bei denen
mehrere Elektrodensätze, jeder aus zwei Elektroden bestehend, in einer gemeinsamen
Armatur untergebracht sind. Der Nachteil all dieser Anordnungen ist jedoch eine
Vergrö-
ßerung der Einbauarmaturen. Diesen Nachteil vermeidet eine
Weiterbildung der Erfindung durch eine axiale Aneinanderreihung weiterer Innenelektroden,
die sämtlich hohlgebohrt sind, unter Zwischenschaltung der erforderlichen Isoliersteine
und Dichtungen.
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Abb. 3 zeigt den Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines
solchen erfindungsgemäßen Mehrfachgebers. I' ist die erste Innenelektrode in metallischem
Kontakt mit der in der BohrungI'b befestigten Zugstange 9. I" ist eine zweite Innenelektrode,
die mittels der Dichtung 5 c und 5 d unter Zwischenschaltung des Isoliersteines
8a eingefügt ist. Die elektrische Verbindung mit dieser Innenelektrode I" vermittelt
ein isolierter Draht I"d, der in den Geberkopf hineinführt. Die übrigen Bezeichnungeil
entsprechen der Abb. 2.
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Dieser erfindungsgemäße Mehrfachgeber erlaubt schließlich noch die
Verwendung als Einfachgeber mit doppelter Widerstandskapazität, wenn man das Meßgerät
über zwei Innenelektroden anschließt und die Außenelektrode nur als leitende Verbindung
der Meßstrecken der beiden Innenelektroden benutzt.
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Der wesentlichste Vorteil des Mehrfachgebers ist jedoch die Möglichkeit,
den gleichen Einbaustutzen sowohl für Einfach- als auch für Mehrfachgeber benutzen
zu können.
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In besonderen Fällen ist eine Ausführung des Geberkopfes in Isoliermasse
zweckmäßig, um Korrosionen und Verunreinigungen der zu messenden Lösungen durch
Korrosionsprodukte zu vermeiden.
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Hierbei ist die konstruktive Aufgabe zu lösen, eine gut abgedichtete
und isolierte Durchführung für die Zuleitung der Außenelektrode zu schaffen. Der
erfindungsgemäße Meßwertgeber gibt hier die Möglichkeit, die zylindrische Außenelektrode
an einer der Innenelektroden elektrisch leitend zu befestigen, so daß die Zuleitung
der Außenelektrode ebenfalls durch den Hohlraum der Innenelektrode geführt werden
kann.
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Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser erfindungsgemäßen Anordnung.
Die Außenelektrode 2 ist hier metallisch leitend mit der ersten Innenelektrode I'
verschraubt.