DE1058147B - Wechselstrom-Doppelbrueckenschaltung zum Messen der Leitfaehigkeit einer Elektrolytfluessigkeit - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselstrom-Doppelbrückenschaltung zum Messen der Leitfähigkeit einer Elektrolytflüssigkeit in welcher die erste Brücke einen ersten Arm, der ein Paar Elektroden zum Eintauchen in die Flüssigkeit aufweist, einen zweiten Arm, der einen Rheostaten aufweist, und ferner ein Paar Brückenverhältnisarme enthält und in welcher die zweite Brücke einen ersten Arm, der ein temperaturempfindliches Element für thermischen Kontakt mit der Flüssigkeit aufweist, dessen Widerstand sich mit Änderungen der Temperatur ändert, ferner einen zweiten Arm, der einen zweiten, Rheostaten aufweist, und ein Paar Brückenverhältnisarme enthält.

Die Leitfähigkeit einer Elektrolytflüssigkeit ist eine Funktion der Flüssigkeitetemperatur. Beim Messen der Leitfähigkeit einer Flüssigkeit ist es notwendig, entweder die Temperatur zu kennen, bei der die Messung erfolgt, und sie zu berücksichtigen oder für eine selbsttätige Kompensation von Temperaturänderungen zu sorgen. Dies ist besonders dann von Wichtigkeit, wenn es gewünscht wird, die Leitfähigkeitsablesungen zur Bestimmung der Konzentration von Lösungen zu verwenden.

Zweck der Erfindung ist es hauptsächlich, ein verbessertes Gerät zum Messen der Leitfähigkeit einer Elektrolytflüssigkeit zu schaffen, bei welchem für eine selbsttätige Kompensation von Leitfähigkeitsänderungen auf Grund von Temperaturänderungen gesorigt ist.

Es ist eine Ausführung bekannt, bei welcher ein Leitfähigkeitsmeßsystem zwei Brückenschaltungen aufweist, deren eine ein Paar von Elektroden enthält, die in den zu messenden flüssigen Elektrolyten eingetaucht sind, und deren andere ein temperaturempfindliches Element enthält. Die Ausgänge der beiden Brücken können getrennt durch besondere Spulen einem den Quotienten messenden Instrument zugeführt werden, wobei die Ablesung die temperaturkompensierte Leitfähigkeit des flüssigen Elektrolyten wiedergibt.

Beim Messen der Leitfähigkeit ist es oft zweckmäßig, wenn sich die Elektroden der Testzelle in einer Sonde befinden und in das Gefäß eingeführt werden, das die zu messende Flüssigkeit enthält. Einer solchen Ausführung haftet aber derNaohteil an, daß zufolge des Auftretens von Kriechströmen von den Elektroden ausgehende Fehler entstehen, da die Potentialdifferenz zwischen jeder Elektrode und der Wand des die Flüssigkeit enthaltenden Gefäßes von der genauen Lage der Elektroden im Gefäß abhängt. Daher sind solche Kriechströme oder Leckströme an den Elektroden praktisch unvermeidbar. Dies trifft auch für den obengenannten Stand der Technik zu.

Die Erfindung vermeidet diesen· Nachteil bei der Wechselstrom-Doppelbrückenschaltung
zum Messen der Leitfähigkeit .
einer Elektrolytflüssigkeit

Anmelder:
Unilever N. V., Rotterdam (Niederlande)

Vertreter:

Dr. E. Wiegand, München 15,

und Dipl.-Ing.. W. Niemann,

Hamburg 1, Ballindamm 26,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. Januar 1957

Edward Hall Higham, Sutton, Surrey (Großbritannien), ist als Erfinder.genannt worden

eingangs genannten Wechselstrom-Doppelbrückenschaltung dadurch, daß erfindungsgemäß jeder Brükkenverhältnisarm eine Wicklung aufweist, die Wicklungen der vier Brückenverhältnisarme induktiv gekoppelt sind und daß in den zweiten Arm der ersten Brücke ein veränderbarer Abgleichwiderstand geschaltet ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Verhältnis der an die zweite Brücke angelegten Spannung zu der an die erste Brücke angelegten Spannung zu verändern, und diese Einrichtung mit dem veränderbaren Abgleichwiderstand der ersten Brücke so gekoppelt ist daß sich das Verhältnis der Spannungen im umgekehrten Sinn zu dem Widerstand des zweiten Armes der Brücke ändert.

Die Brückenverhältnisarme beider Brückenanordnungen können einen gemeinsamen Verbindungspunkt haben, und jeder Abgleicharm der zweiten Brücke kann mindestens teilweise durch einen der Brückenverhältnisarme der ersten Brücke gebildet sein.

Das temperaturempfindliche Element kann ein Heißleiter oder wahlweise ein Widerstandsthermometer sein.

Es ist ersichtlich, daß die Temperaturkompensation nur in einem begrenzten Temperaturbereich wirksam ist, der von den Werten der Widerstands-Temperaturkoeffizienten der Flüssigkeit und des temperaturempfmdlichen Elementes abhängt.

909 528/183

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeich- ^: wicklung des Transformators hervorgerufen, und der nung, die das Schaltbild eines zur Bestimmung der Detektor 10 zeigt den Wert Null an. Diese Abgleich-Leitfähigkeit dienenden Meßgerätes als Ausführungs- stellung ist unabhängig vom Wert der an die zweite

beispiel zeigt, näher erläutert. Brücke angelegten Wechselspannung. Er ist ins-

Das Gerät umfaßt zwei miteinander verbundene 5 besondere unabhängig von der Stellung des Ab-Brückenschaltungen, zu denen ein Paar induktiv ge- griffes am Potentiometer 11 sowie unabhängig von koppeltet Wicklungen 1 und 2 gehört, die eine nied- der Einstellung des einstellbaren Rheostaten 12. Die rige Streuinduktivität haben. Beide Brücken sind die Lösung mit der bekannten Temperatur T enthal-•ferner durch die gleiche Wechselspannungsquelle 3 tende Zelle 4 und der veränderbare Rheostat 5 werden gespeist. Eine erste Brückenschaltung umfaßt die io dann in den Stromkreis geschaltet und der veränder-Wicklungen 1 und 2, welche Brückenverhältnisarme bare Rheostat eingestellt, bis der Detektor oder das bilden, eine Zelle 4 mit einem Paar von Elektrodten, Anzeigegerät wiederum eine Nullanzeige gibt. Die die zum Eintauchen in die Flüssigkeit bestimmt sind, erste Brücke ist dann ausgeglichen. Diese Einstellung deren Leitfähigkeit durch das Instrument gemessen des veränderbaren- Rheostaten· 5 entspricht der Leitwerden soll, und einen veränderbaren Ausgleichsrheo- 15 fähigkeit der Lösung mit bekannter niedriger Konstaten 5. Die zweite Brücke umfaßt die Wicklungen 1 zentration bei der bekannten Temperatur T. Die und" 1, die wiederum Brückenverhältnisarme bilden, Lösung in der Zelle wird sodann ersetzt durch eine ein temperaturempfindliches Element 6 in Form eines Lösung von bekannter hoher Konzentration, die eben-Heißleiters, d. h. eines Widerstandsthermometers mit falls auf der Temperatur T gehalten wird. Die Einnegativem Widerstands-Temperaturkoeffizienten in 20 stellung des veränderbaren Rheostaten 5, die erforderthermischem Kontakt mit der Flüssigkeit in der Höh ist, um die beiden Brücken abzugleichen, wird Zelle 4, und einen einstellbaren Rheostaten 7. Die notiert. Diese Einstellung entspricht der Leitfähigkeit Brückenverhältnisarme der ersten Brücke bilden zu- der Lösung mit bekannter hoher Konzentration bei gleich die Brückenverhältnisarme der zweiten Brücke. der Temperatur T. Auf diese Weise kann der ver-

- Die Wicklungen 1 und 2 haben ungleiche Windungs- 25 änderbare Rheostat 5 so eingestellt werden, daß eine zahlen und bilden zusammen die mit einer Mitten- direkte Ablesung der Leitfähigkeit von Lösungen veranzapfung versehene Primärwicklung eines Trans- schiedener Salzkonzentrationen bei der bekannten formators 8. Die Anzapfung befindet sich an dem ge- Temperatur T ermöglicht wird,
meinsamen Verbindungspunkt der Brückenverhältnis- Wenn eine Lösung in der Zelle 4 sich auf einer arme. Dieser gemeinsame Verbindungspunkt ist ge- 30 Temperatur i, die sich vom Wert T unterscheidet, beerdet. Die Sekundärwicklung 9 des Transformators 8 findet, so unterscheidet sich der Widerstandswert der ist an einen Detektor 10 angeschlossen. Die Wechsel- Zelle 4 von dem Wert bei der Temperatur T. Diese Spannungsquelle 3 ist direkt an die erste Brücke zwi- verursacht einen Stromfluß in der Wicklung 1, der sehen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der sich durch einen Betrag J₁ von demjenigen Strom Brückenverhältnisarme und dem Verbindungspunkt 35 unterscheidet, der dann fließt, wenn die Brücken bei des veränderbaren Rheostaten 5 und der Zelle 4 an- der Temperatur T abgeglichen sind. In gleicher Weise schlossen. An die zweite Brücke wird mittels eines fließt auf Grund der Änderung des Widerstandes des Potentiometers 11, das zwischen dem gemeinsamen temperaturempfindlichen Elements 6 ein Strom in der Punkt der Brückenverhältnisarme und dem Verbin- Wicklung 2, der sich um einen Betrag i_% von demjenidungspunkt des veränderbaren Rheostaten 5 und der 40 gen unterscheidet, der dann fließt, wenn die Brücken Zelle 6 angeschlossen ist, eine Wechselspannung- an- bei der Temperatur T abgeglichen sind,
gelegt. Das Potentiometer 11 und der veränderbare Zur Temperaturkompensation muß die Einstellung Rheostat 5 sind mechanisch miteinander gekuppelt, des Rheostaten 5, durch welche die Brücken bei der und die Anordnung ist so getroffen, daß die durch das Temperatur t abgeglichen werden, die gleiche sein wie Potentiometer 11 an die zweite Brücke angelegte 45 diejenige, die den Abgleich der Brücken bei der Tem-Spannung sich umgekehrt mit dem Widerstandswert peratur T bewirkt. Daher muß der durch den Rheodes veränderbaren Rheostaten 5 ändert. stat 5 fließende Strom unverändert bleiben, wenn sich

Die dargestellte Schaltung ist für den Fall aus- die Temperatur auf den Wert t ändert. Es muß also I₁

gebildet, daß die Temperaturkoeffizienten des Wider- gleich i_% sein, so daß noch kein resultierender Fluß

Standes der Flüssigkeit und des temperaturempfind- 50 im Kern des Transformators 8 entsteht,

liehen Elements 6 das gleiche Vorzeichen haben. Praktisch kann der einstellbare Rheostat 12 vor-

Die Eichung des Gerätes für die Messung der eingestellt werden, so daß über einen begrenzten

Leitfähigkeit einer Salzlösung geht folgendermaßen Temperaturbereich, der von den Werten der Wider-

vor sich: stands-Temperaturkoeffizienten der Lösung und des

Die Zelle 4 und der veränderbare Rheostat 5 wer- 55 temperaturempfindlichen Elements 6 abhängt, I₁ im

den voneinander getrennt, während die zweite Brücke wesentlichen i₂ gleichgehalten wird,

mit dem temperaturempfindlichen Element 6, das sich Um eine Temperaturkompensation zu erhalten,

in thennischem Kontakt mit der Lösung in der Zelle wenn Lösungen mit verschiedener Salzkonzentration

befindet, in der Schaltung belassen wird. Die Lösung in die Zelle 4 gefüllt werden, wird das Verhältnis des

hat eine bekannte niedrige Konzentration. Die Lösung 60 an die zweite Brücke angelegten Spannungsanteils zu

wird nun auf einer bekannten Temperatur T gehalten. dem an die erste Brücke angelegten Spannungsanteil

Der einstellbare Rheostat 7 wird eingestellt, bis die im umgekehrten Sinne wie der Widerstandswert des

zweite Brücke abgeglichen ist. Dies tritt dann ein, veränderbaren Rheostaten 5 verändert, d.h., in der

wenn in dem Kern des Transformators 8 kein resul- dairgestellten Schaltung ändert sich die an die zweite

tierender Fluß mehr vorhanden ist, weil die Ampere- 65 Brücke angelegte Spannung im umgekehrten Sinne

windungen der Wickkmgen1 und 2 einander gleich wie der Widerstandswert des veränderbaren Rheo-

sind. Wenn die Wicklungen 1 und 2 dieselben Win- staten 5.

dungszahlen haben, so erfolgt der Abgleich, wenn die Die Windungszahlen der Wicklungen 1 und 2 brauiti den Wicklungen 1 und 2 fließenden Ströme gleich dien nicht die gleichen zu sein. Sie können jedes besind. Es wird dann keine Spannung in der Sekundär- 70 liebige Verhältnis haben. Wie vorher sind die Brük-

Claims (9)

ken abgeglichen, wenn kein Fluß im Magnetkern des Transformators vorhanden ist, d.h. wenn die Amperewindungen der Wicklungen 1 und 2 gleich sind. Es sind Abwandlungen des Geräts möglioh, bei denen die Zelle 4 und der veränderbare Rheostat 5 an Anzapfungen der Wicklungen 1 bzw. 2 angeschlossen sein können, oder es können statt dessen der einstellbare Rheostat 7 und das wärmeempfindliche Element 6 an Anzapfungen der Wicklungen 1 bzw. 2 angeschlossen sein, d. h., die Brückenverhältnisarme einer Brücke können nur durch einen Teil der Brückenverhältnisarme der anderen Brücke gebildet sein. Wenn die Werte der Widerstands-Temperaturkoeffizienten der Lösung und des temperaturempfindlichen Elements 6 verschieden sind, wird die Lage des voreingestellten Rheostaten 7 und des temperaturempfindlichen Elements 6 ausgewechselt. Wenn es notwendig ist, an die zweite Brücke eine größere Spannung als an die erste Brücke anzulegen, kann das Potentiometer durch einen Spartransformator ersetzt werden. Statt dessen kann auch die Wechselspannungsquelle 3 unmittelbar an die zweite Brücke angeschlossen und das Potentiometer 11 dazu verwendet werden, um an die erste Brücke Spannung anzulegen. In diesem Falle wird die mechanische Kupplung so eingerichtet, daß an die erste Brücke angelegte Spannung sich im gleichen Sinne mit dem Widerstandswert des veränderbaren Rheostaten· 5 ändert. Patentansprüche:

1. Wechselstrom-Doppelbrückenschaltung zum Messen der Leitfähigkeit einer Elektrolytflüssigkeit, in welcher die erste Brücke einen ersten Arm, der ein Paar Elektroden zum Eintauchen in die Flüssigkeit aufweist, einen zweiten Arm, der einen Rheostaten aufweist, und ferner ein Paar Brückenverhältnisarme enthält und in welcher die zweite Brücke einen ersten Arm, der ein temperaturempfindliches Element für thermischen Kontakt mit der Flüssigkeit aufweist, dessen Widerstand sich mit Äaderungen der Temperatur ändert, einen zweiten Arm, der einen zweiten Rheostaten aufweist, und ferner ein Paar Brückenverhältnisarme enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Brückenverhälitnisarm eine Wicklung aufweist, die Wicklungen der vier Brückenverhältnisarme induktiv gekoppelt sind und daß der Rheostat im zweiten Arm der ersten Brücke ein veränderbarer Abgleichrheostat ist und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Verhältnis der an die zweite Brücke angelegten Spannung zu verändern, und diese Einrichtung mit dem veränderbaren Abgleichr.heostaten der ersten Brücke so gekoppelt ist, daß sich das Verhältnis der Spannungen im umgekehrten Sinn zu dem Widerstand des zweiten Armes der ersten Brücke ändert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenverhältnisarme beider Brückenanordnungen einen gemeinsamen. Verbindungspunkt haben und daß jeder Brückenverhältnisarm der zweiten Brücke mindestens teilweise durch einen der Brückenverhältnisarme der ersten Brücke gebildet ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenverhäiltnisarme der ersten Brücke zugleich die Brückenverhältnisarme der zweiten Brücke sind.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenverhältnisarme beider Brücken die Primärwicklung eines auch mit einer Sekundärwicklung versehenen Transformators Bilden und daß die Primärwicklung an dem gemeinsamen Punkt der Brückenverhältnisarme angezapft ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Transformators an einen Detektor angeschlossen ist.

6. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern der Spannungsanteile durch ein Potentiometer gebildet ist.

7. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung durch einen Spartransformator gebildet ist.

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer bzw. der Spartransformator zwischen dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten Armes der ersten Brücke und dem Verbindungspunkt der Brückenverhältnisarme der ersten Brücke angeschlossen ist und daß zwischen einem verschiebbaren Abgriff des Potentiometers bzw. Spartransformators und dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten Armes der zweiten Brücke ein einstellbarer Rheostat angeordnet ist.

9. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rheostat in dem zweiten Arm der zweiten Brücke einstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2173 233.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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