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Zelle zur Ermittlung der Leitfähigkeit eines Elektrolyten Die Erfindung
bezieht sich auf eine mit zwei gegenüberstehenden kugeligen Elektroden versehene
Zelle zur Ermittlung der Leitfähigkeit eines Elektrolyten.
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Um die Leitfähigkeit eines Elektrolyten zu ermitteln, verwendet man
eine mit zwei Elektroden versehene Zelle, ein sogenanntes Leitfähigkeitsgefäß, das
in den Elektrolyten eingetaucht wird und einen Teil einer Wechselstrombrücke bildet.
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Die einer solchen Vorrichtung anhaftende Schwierigkeit rührt von
der Polarisationswirkung an der Oberfläche der Elektroden her, die dazu führt, daß
die Nulleinstellung der Brücke Schwierigkeiten bereitet.
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Die Impedanz einer solchen Leitfähigkeitszelle ist zu betrachten
als die Reihenschaltung einer ersten zwischen der ersten Elektroden und dem Elektrolyten
gebildeten Kapazität, eines vom Elektrolyten selbst gebildeten Widerstandes und
einer zweiten zwischen dem Elektrolyten und der zweiten Elektrode gebildeten Kapazität.
Durch die Kapazitäten entsteht eine Phasenverschiebung zwischen der Spannung über
dem die elektrolytische Zelle enthaltenden Brückenzweig und dem Strom in diesem
Brückenzweig.
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Die Wirkung der Kapazitäten kann gering gemacht werden, indem die
Frequenz der Speisespannung der Brücke hoch (z. B. 1000 Hz) gewählt wird, was aber
den Nachteil hat, daß ein besonderer Generator für die Speisespannung verwendet
werden muß. Es empfiehlt sich daher auch nicht, sehr kleine Kugelelektroden mit
einer Dielektrizitätsschicht zu verwenden, die überdies den Nachteil einer stärkeren
Stromdichte an ihrer Oberfläche hat. Es ist ferner aus Herstellungsgründen vorteilhaft,
eine schichtfreie Elektrode zu verwenden, da die Dicke der Schicht nur mit größerem
Aufwand innerhalb bestimmter Genauigkeitsgrenzen auf die Elektroden zu bringen ist.
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Der Einfluß der Polarisationswirkung kann zwar dadurch herabgesetzt
werden, daß die Elektrodenoberfläche groß gemacht wird, wodurch aber oft die Abmessungen
der Zelle zu groß werden.
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Außerdem haben bei den bekannten Zellen mit flachen Elektroden letztere
an den Rändern einen kleinen Krümmungsradius, wodurch daselbst eine große Stromdichte
und also eine starke Polarisationswirkung auftritt.
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Die Erfindung zielt auf eine Zelle der eingangs genannten Art ab,
bei der es bei kleiner Bemessung eine geringe Polarisationswirkung gibt, so daß
der Einfluß der genannten Kapazitäten gering ist.
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Sie zielt weiter auf eine solche Konstruktion der Zelle ab, daß die
Zellenkonstante innerhalb bestimmter Grenzen in einfacher Weise einstellbar ist.
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Die Zellenkonstante ist hierbei durch die Formel c R = bedingt, wo
C die Zellenkonstante, R den
Widerstand der Zelle und k die Leitfähigkeit des Elektrolyten
in Siemens darstellt.
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Die Erfindung ist durch über die ganze Oberfläche stromleitende und
in ihrem gegenseitigen Abstand einstellbare Elektroden mit etwa 10 mm Durchmesser,
deren Oberfläche von der Elektrolytflüssigkeit unmittelbar umspült ist, gekennzeichnet.
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Bei kugeligen Elektroden entsteht eine größtmögliche Oberfläche bei
einer kleinsten möglichen Krümmung. Es wird also eine möglichst große Kapazität
und eine möglichst geringe Stromdichte an der Elektrodenoberfläche erhalten. Der
erwähnte Randeffekt verschwindet.
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Um die Zellenkonstante einzustellen, wird nach der Erfindung an den
Elektroden das elektrische Feld verformt, was z. B. mittels eines aus Isolierstoff
bestehenden verschiebbaren Teiles erfolgen kann. Dies ist bei der geschilderten
Ausbildung, wenn die Elektroden in einem gemeinsamen Isolierkörper befestigt sind,
in besonders einfacher Weise durchführbar. Der genannte Teil zum Einstellen der
Zellenkonstante hat hierbei zweckmäßig die Form eines geschlossenen Bandes oder
einer Klemme, das oder die zwischen den Elektroden liegt und auf ihrem isolierenden
Tragkörper verschiebbar ist.
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Ein anderes Mittel zur Einstellung der Zellenkonstante besteht darin,
daß der gegenseitige Abstand der kugeligen Elektroden einstellbar gemacht wird.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Ansicht eines
Ausführungsbeispiels einer Zelle nach der Erfindung und Fig. 2 einen Schnitt längs
der Linie II-II von Fig. 1.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein zylindrischer Körper aus Isolierstoff bezeichnet,
dessen oberes Ende einen Halterungsrand 9 aufweist und dessen unteres Ende 2 rahmenförmig
ausgebildet ist. Der letztgenannte Teil trägt oben und unten kugelig ausgestaltete
Elektroden 3 und 3', die durch gestrichelt dargestellte, im Isolierstoff eingebettete
Verbindungsdrähte4, 4' mit Anschlußstiften 5 und 5' verbunden sind. Die Elektroden
können, wie an sich bekannt ist, aus nichtrostendem Stahl bestehen und mit einer
dünner Schicht Platinschwarz überzogen sein.
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Fig. 2 zeigt das Traggestell 2 im Schnitt. Es ist von einer zylindrischen
Buchse 6 aus Isolierstoff umgeben, die als Begrenzung der Stromlinien dient, wodurch
die Anzeige der Meßvorrichtung nahezu unabhängig von der Stelle ist, wo die Zelle
im Elektrolyten angeordnet ist. Die Vorrichtung wird derart in den Elektrolyten
eingetaucht, daß wenigstens die Flüssigkeitsoberfläche die Spalte8 und 8' überragt.
Diese dienen dazu, eine Strömung des Elektrolyten längs den Elektroden zu ermöglichen.
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Die Zellenkonstante kann mittels eines Zylinders 7 aus Isolierstoff
geändert werden, der um den Teil 2 herumpaßt und auf ihm verschiebbar ist. In dieser
Weise ist es möglich, die Zellenkonstante um einige Prozente zu ändern.
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Mit der geschilderten Vorrichtung können bei Anwendung einer Speisespannung
einer Frequenz von 50 Hz Leitfähigkeitswerte innerhalb eines Bereiches von ungefähr
0 bis zu 20 000 Mikrosiemens gemessen werden. Bei einer praktisch bewährten Vorrichtung
betrug der Durchmesser der kugeligen Elektroden 10 mm und der freie gegenseitige
Elektrodenabstand
2 mm, was auf eine Zellenkonstante etwa gleich der Einheit hinauskommt.
Auch bei einer größeren Leitfähigkeit ist hierbei eine sehr bestimmte selbsttätige
Brückeneinstellung möglich.
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Ein weiterer Vorteil der geschilderten Vorrichtung besteht darin,
daß sich mit einem einfachen Herstellungsverfahren eine genau reproduzierbare Zellenkonstante
erhalten läßt.
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PATENTANSPROCHE: 1. Mit zwei gegenüberstehenden kugeligen Elektroden
versehene Zelle zur Ermittlung der Leitfähigkeit eines Elektrolyten, gekennzeichnet
durch über die ganze Oberfläche stromleitende und in ihrem gegenseitigen Abstand
einstellbare Elektroden mit etwa 10 mm Durchmesser, deren Oberfläche von der Elektrolytflüssigkeit
unmittelbar umspült ist.