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Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Oberflächen-
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spannung, der Konzentration oder des Vorhandenseins von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem man das Vorhandensein bzw. die Konzentration
oberflächenaktiver Substanzen in weiten Bereichen nahezu kontinuierlich feststellen,
überwachen oder messen kann. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur
Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Bekanntlich gelten für die in Oberflächen exponierten Molekeln oder
Atome andere morphologische und energetische Gesetzmäßigkeiten als für die im Stoffinneren
befindlichen Teilchen (Literatur "Methoden der Organischen Chemie"
453 ff., K.L. und R. Wolf). Bestimmend für viele Oberflächenerscheinungen ist das
Bestreben von Flüssigkeiten, eine minimale Oberfläche einzunehmen und jeder Ausdehnung
ihrer Oberfläche meßbare Kräfte entgegenzusetzen.
Diese stets ins
Stoffinnere gerichteten Kräfte sind das Resultat unkompensierter Anziehungskräfte
zwischen den an der Oberfläche befindlichen Teilchen und den daran angrenzenden
ungleichen Nachbarmolekeln, z.B. von Luft. Dagegen beträgt die Vektorsumme der zwischenmolekularen
Kräfte eines sich im Stoffinneren befindlichen Teilchens Null, da die auftretenden
Anziehungskräfte stets durch ebenso große der angrenzenden Nachbarn kompensiert
werden. Bestimmt man den Widerstand, den eine Flüssigk.eit der Vergrößerung ihrer
Oberfläche um eine Flächeneinheit entgegensetzt, erhält man ihre Oberflächenspannung,
eine stoffabhängige, bei Lösungen oder Gemischen mehr oder weniger stark konzentrationsabhängige
Größe.
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Die bekannten statischen Meßverfahren zur Bestimmung von Oberflächen
spannungen beruhen entweder auf Druck-(z.B. Blasendruckmethode oder Steighöhenmethode
in Kapillaren) oder auf.Kraftmessungen (z.B. Tensiometermethode oder Tropfengewichtsmethode),
während die dynamischen Verfahren auf Frequenzmessungen beruhen. Diese Meßverfahren
arbeiten diskontinuierlich, sind im wesentlichen nur für (Präzisions-) Messungen
im Laborbetrieb geeignet und bedürfen neben relativ empfindlichen Meßeinrichtungen
meistens eines relativ hohen Zeit- und manuellen Aufwands bis das Meßergebnis vorliegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, das annähernd kontinuierlich durchzuführende Messungen
ermöglicht,
die in zeitlich rascher Folge selbsttätig zu einem Meßergebnis führen. Dabei soll
das Verfahren in Haushaltsmaschinen, wie Wasch- und Geschirrspülmaschinen serienmäßig
ausführbar sein und zur Bestimmung z.B. der Laugenkonzentration, der Solekonzentration
im Salzgefäß einer Wasserenthärtungseinrichtung usw. dienen.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sowie Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den Patentansprüchen enthalten.
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Die in der Ausflußöffnung des Meßgefäßes vorgesehene Kapillare ist
je nach den Eigenschaften und der Temperatur der zu messenden Flüssigkeit dimensioniert.
Die zu messende Flüssigkeit tritt aus der Kapillare in Form von einzelnen aufeinanderfolgenden
Tropfen aus. Die sich dabei ablösenden Tropfen unterscheiden sich stoff- bzw. konzentrationsabhängig
in bezug auf ihre Größe (Volumen bzw. Gewicht) und ihre Bildungsgeschwindigkeit.
Daraus ergeben sich verschiedene Meßgrößen, die unter Verwendung weiterer anderer
Meßwerte die Bestimmung von Oberflächenspannungen und/oder Konzentrationen ermöglichen:
1. Bestimmung der Tropfenanzahl, die sich aus einem bestimmten Volumen an Flüssigkeit
ergibt.
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2. Bestimmung der Tropfenanzahl, die sich aus einem bestimmten Flüssigkeitsgewicht
ergibt.
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3. Bestimmung der Tropfrate (Anzahl der sich ablösenden Tropfen pro
Zeitintervall).
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Außerdem können zur Auswertung dieser Meßgrößen auch noch das spezifische
Gewicht und/oder die Auslaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus dem Meßgefäß mitgemessen
werden. Die Erfassung dieser Meßwerte kann auf verschiedene Arten, z.B. mechanisch,
elektrisch oder optisch erfolgen, endet jedoch im allgemeinen in einem elektrischen,
häufig digital vorliegenden Signal, das dann weiter verwendbar ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen und an Hand
der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Meßgefäß zur Bestimmung der Oberflächenspannung
nach der Tropfengewichtsmethode, Fig. 2 eine Mariottesche Flasche zur Messung der
Tropfrate, Fig. 3 Meßkurven zum Vergleich der Tropfraten, die mit verschiedenen
Kapillaren aufgenommen wurden, mit der Tropfenanzahl pro Volumen der Stalagmometermethode.
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Die Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächenspannung nach dem Tropfengewichtsverfahren
besteht aus einem konisch zulaufenden Meßgefäß 1 aus gut benetzbarem Werkstoff z.B.
Glas, in das beispielsweise ein Y-förmiger Röhrenkörper 2, 2' eingebaut ist. Das
Meßgefäß 1 besitzt einen Zulauf 8 für die zu messende Flüssigkeit, der gleichzeitig
auch als Auslauf dient und so angebracht ist, daß eine vollständige Entleerung des
Meßgefäßes erfolgen kann. Ferner ist ein Überlauf 3 vorgesehen, der wenig über dem
Ende der oberen Schenkel 2 des Röhrenkörpers angebracht ist. Der untere dritte Schenkel
2' des Röhrenkörpers ist an der tiefsten Stelle des Meßgefäßbodens durchgeführt
und mit dem Meßgefäß befestigt. Der Röhrenkörper besteht aus Material gleichen Querschnitts,
was gleichermaßen auch für die beiden oberen Öffnungen der Schenkel2 gilt. Dagegen
ist die Öffnung des unteren Schenkels 2' für den Einsatz von Endstücken mit unterschiedlichen
Kapillaren 4 geeignet. Durch Auswahl der jeweils geeigneten Kapillare ist erreichbar,
daß die zu messende Flüssigkeit aus dem Y-förmigen Röhrenkörper tropfenförmig austritt
und gleichzeitig die Tropfenbildung für die Messung günstig verläuft.
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Außerdem sind zwei als elektrische Schalter mit der Funktion eines
Start- und eines Stoppkontakts wirkende Metalldrähte 5, 6 von unterschiedlicher
Länge so angebracht, daß sie von oben in den Bereich des geraden Anteils jeweils
in einen Schenkel
2 des Röhrenkörpers hineinragen. Ein weiterer
Draht 7 ist durch die Wandung in den unteren Schenkel 2' eingeführt und bildet einen
Massebezugskontakt. Mit Hilfe einer Start-Stopp-Schaltung kann dann ein bestimmtes
in dem Röhrenkörper befindliches und für den Meßvorgang maßgebliches Flüssigkeitsvolumen
begrenzt werden. Ferner ist möglichst nahe der Meßstelle, z.B. im Röhrenkörper,
ein nicht dargestellter Temperaturfühler eingebaut.
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Zur Durchführung einer Messung wird zunächst das mit einem Kapillarendstück
4 versehene Meßgefäß 1 mittels einer blasenfrei fördernden Pumpe mit partikelfreier,
evtl. gefilterter Flüssigkeit aufgefüllt.
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Nach Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsstandes wird auch der
eingebaute Y-förmige Röhrenkörper 2, 2' mit der zu messenden Flüssigkeit aufgefüllt..Dabei
verhindert der über den Schenkeln 2 geringfügig höher angebrachte Uberlauf 3 ein
weite res Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels. Gleichzeitig können Luftblasen oder
Schaum durch die nachströmende Flüssigkeit über den Uberlauf abgesaugt werden. Nach
kurzer Verweilzeit wird die Förderpumpe abgeschaltet, wodurch das den Röhrenkörper
umgebende Meßgefäß 1 durch den Auslauf 8 leer läuft. Ebenso senken sich - wenn auch
wesentlich langsamer - die Flüssigkeitsspiegel in den beiden Schenkeln 2 des Y-förmigen
Röhrenkörpers durch unten aus der Kapillare 4 austretende Tropfen ab.
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Zuerst wird dann der erste am wenigstens weit in
den
Röhrenkörper eingeführte Startkontakt 5 freigelegt, der einen Schaltvorgang auslöst.
Dieser Schaltvorgang besitzt eine Startfunktion und bewirkt, daß von diesem Augenblick
an mit Hilfe einer geeigneten Anordnung alle aus der Kapillare austretenden Tropfen
gezählt werden. Dieser Zählvorgang wird wenig später, nachdem ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen
ausgetreten ist, beendet, indem sich der Flüssigkeitsspiegel von dem zweiten etwas
längeren und in dem anderen Schenkeln 2 untergebrachten Stoppkontakt 6 ablöst, wodurch
dieser einen zweiten Schaltvorgang mit Stoppfunktion bewirkt.
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Der Ablauf dieses Meßverfahrens kann für quasikontinuierlichen Meßbetrieb
z.B. mit Hilfe von zwei Zeit gliedern automatisiert werden. Diese bewirken, daß
die Förderpumpe, jeweils nach dem Verstreichen eines wählbaren Intervalls, ein-bzw-
ausgeschaltet wird Eines der dazu benötigten zwei Zeitglieder kann eingespart werden,
wenn der für den Schaltvorgang zur Volumenbegrenzung verwendete Stoppkontakt außerdem
zum Wiedereinschalten der Förderpumpe verwendet wird.
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Eine die aus der Kapillare austretenden Tropfen erfassende, ein elektrisches
insbesondere digitales Signal erzeugende Vorrichtung kann beispielsweise aus zwei
gegenüberliegenden, sich aber nicht berührenden elektrisch leitenden Kontakten bestehen,
die von
den aus der Kapillare
| 1elektrisch leitenden, |
| abfallendenvFlüssigkeitstrop- |
fen überbrückbar sind. Dadurch wird für kurze Zeit ein Stromkreis geschlossen und
die so erhaltene Anzahl an Stromstößen oder Impulsen wird mit Hilfe eines Impulszählers
addiert.
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Ein anderes auch für nichtleitende Flüssigkeiten anwendbares Verfahren
ist unter Verwendung einer Lichtschranke durchführbar. Diese besteht aus einem gegenüberliegenden
Paar eines optischen Senders und Empfängers, so daß vom Sender ständig ausgesandte
Strahlung ruch fortlaufend vom Empfänger registriert wird. Dieser Vorgang wird bei
der Messung einer trüben Flüssigkeit nur dann kurzzeitig unterbrochen, wenn ein
fallender Tropfen den Strahlengang durchläuft, wodurch ebenfalls wieder ein Impuls
abzuleiten ist. Bei klaren Flüssigkeiten kann der Linsencharakter des fallenden
Tropfens (Bikonvexlinse) ausgenutzt werden, um in dem Strahlengang eine Fokussierung
auf den Empfänger zu erzeugen, wobei die dabei entstehende Intensitätserhöhung wiederum
als Impuls auswertbar ist.
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Das beschriebene Meßverfahren liefert für die untersuchte Flüssigkeit
einen Meßwert, der die Anzahl an Tropfen angibt, die sich aus dem für die Messung
herangezogenen Flüssigkeitsvolumen, festgelegt durch die angebrachten Kontakte,
ergibt. Dieser Meßwert hängt von der jeweiligen Meßtemperatur und von verschiedenen
apparativ bedingten Einflüssen wie z.B. der verwendeten Kapillare und dem eingesetzten
Flüssigkeitsvolumen ab.
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Auf eine genaue zahlenmäßige Bestimmung dieses Volumens - eine Gefäßkonstante
- kann bei der angestrebten Anwendung des Meßverfahrens als Relativmeßmethode wie
bei der zugrundeliegenden Stalagmometermethode verzichtet werden. Bei der Anwendung
als Relativmeßmethode wird nämlich der für eine untersuchte Flüssigkeit erhaltene
Meßwert in Relation zu einem anderen Meßwert gesetzt, der bei gleichen Bedingungen
(auch gleicher Temperatur) für eine geeignete Bezugssubstanz bekannter Oberflächenspannung
erhalten wurde, so daß die Gefäßkonstanten und die temperaturbedingten Einflüsse
keine Rolle spielen.
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Dazu ist erforderlich, daß entsprechende Bezugsmöglichkeiten geschaffen
werden, indem solche Messungen in Abhängigkeit von der Temperatur mit einer gewählten
Bezugssubstanz in der jeweiligen Apparatur durchgeführt werden. Die dabei erhaltenen
Meßwerte -aus dem vorgegebenen Volumen erhaltene Tropfenzahl und die dazugehörige
Meßtemperatur - werden den entsprechenden Oberflächenspannungen zugeordnet und zusammengehörige
Weripaare in entsprechenden Speichereinheiten der Auswerteschaltung niedergelegt.
Für den Fall, daß sichergestellt ist, daß das jeweilige spezifische Gewicht der
Bezugssubstanz für alle durchzuführenden Messungen und bei allen verwendeten Meßtemperaturen
stets mit ausreichender Genauigkeit mit den spezifischen Gewichten der zu untersuchenden
Flüssigkeiten übereinstimmt, können deren Oberflächenspannungen berechnet werden.
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-Um auch Flüssigkeiten untersuchen zu können, deren spezifisches Gewicht
bei gleicher Temperatur nicht mit dem der Bezugssubstanz übereinstimmt, muß zur
Berechnung der Oberflächenspannung das spezifische Gewicht von Probe und Bezugsflüssigkeit
miteinbezogen werden. Dazu muß auch die Temperaturabhängigkeit des spezifischen
Gewichts der Bezugssubstanz berücksichtigt werden, so daß es erforderlich ist, die
entsprechenden Werte zu messen und den bereits vorhandenen Wertepaaren auf weiteren
Speicherplätzen in der Auswerteschaltung zuzuordnen.
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Während im Sinne einer halbautomatischen Anlage der entsprechende
Wert für das jeweilige spezifische Gewicht der zu untersuchenden Flüssigkeit separat
gemessen und der Auswerteschaltung manuell zugeführt werden muß, läuft dieser'Vorgang
bei einer vollautomatischen Anlage selbsttätig ab. Dies läßt sich durch Kopplung
der beschriebenen Anordnung mit einer bekannten automatischen Meßeinrichtung zur
Bestimmung von spezifischen Gewichten erreichen, Diese Meßzelle leitet dann selbsttätig
die jeweiligen Meßergebnisse an die Auswerteschaltung weiter, wo sie zusammen mit
den anderen Werten weiter verarbeitet werden.
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Nach einer anderen Ausführung kann das spezifische Gewicht der zu
messenden Flüssigkeit durch eine mechanische Zusatzeinrichtung am Meßgerät berücksichtigt
werden. Hierzu kann basierend auf dem verschieden großen Auftrieb, den ein in die
zu untersuchende Flüssigkeit eingebrachter Schwimmkörper
in Abhängigkeit
von dem spezifischen Gewicht der Flüssigkeit erfährt, ein Schwimmkörper verwendet
werden, dessen Eintauchtiefe in die verschiedenen zu messenden Proben in Zuordnung
zu deren spezifischen Gewichten in einem bestimmten Maß variiert.
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Verbindet man nun diesen Schwimmkörper starr, vorzugsweise mit dem
zur Volumenbegrenzung eingebauten Stoppkontakt, wobei letzterer vertikal verschiebbar
angeordnet sein muß, so kann damit das Flüssigkeitsvolumen in der Art variabel gestaltet
werden, daß stets gleiche Flüssigkeitsgewichte für die Messung zum Einsatz gelangen.
Aus dem stets konstanten Flüssigkeitsgewicht kann dann die Oberflächenspannung errechnet
werden.
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Zur Messung der Tropfrate einer Flüssigkeit soll stets der gleiche'hydrostatische
Druck auf die Ausflußöffnung des Meßgefäßes wirken, so daß die Tropffrequenz oder
Ausfließgeschwindigkeit für eine Flüssigkeit während. des Meßvorgangs konstant bleibt.
Dies ist durch die Verwendung einer.
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Mariotteschen Flasche oder durch ein Überlaufgefäß möglich.
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Bei der Mariotteschen Flasche 9 handelt es sich um ein Gefäß7 an dessen
tiefster Stelle sich eine Ausflußöffnung 12 zum Einsatz der jeweiligen Kapillare
11 befindet und in das von oben her ein Einleitungsrohr 13 eingeführt wird, das
dicht über dem Gefäßboden endet. Darüber hinaus besitzt die Flasche 9 mit Ausnahme
eines Einfüllstutzens 10, der aber während des Meßvorgangs verschlossen bleibt,
keine
weiteren Öffnungen. Nach dem Füllen und Verschließen des Gefäßes wird durch unten
aus der Kapillare 11 austretende Tropfen in der Flasche ein ständig ansteigender
Unterdruck erzeugt, wodurch die in dem oben offenen Einleitungsrohr 13 stehende
Flüssigkeitssäule langsam immer weiter durch eingesaugte Luft nach unten aus dem
Rohr verdrängt wird, bis sie schließlich das Rohrende erreicht. Denselben Effekt
erzielen auch alle danach abfallenden Tropfen, so daß die Luftsäule weiter vergrößert,
also über das Rohrende hinaus in das Gefäß hereingezogen wird.
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Allerdings bleibt die dadurch erzielte zusätzliche Unterdruck steigerung
nur kurze Zeit erhalten, da sich dann jeweils am Rohrende sofort eine Luftblase
ablöst und durch die Flüssigkeit nach oben steigt, wodurch die ursprünglichen Druckverhältnisse
wieder hergestellt werden. Dieser Vorgang wiederholt sich nun solange wie das Gefäß
nicht an anderer Stelle geöffnet wird bzw. sich noch Flüssigkeit darin befindet,
in die das Einleitungsrohr eintaucht. Ebensolange bleibt auf diese Weise innerhalb
kleiner Grenzen auf der Ebene des Einleitungsrohrendes Atmosphärendruck erhalten,
wodurch gleichzeitig sichergestellt ist, daß auch auf die Kapillare unabhängig von
der jeweiligen Füllhöhe der Flüssigkeit in der Flasche stets der gleiche hydrostatische
Druck wirkt, so daß die Tropfrate einer Flüssigkeit konstant ist.
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Während bei dieser Anordnung, je nach den Eigenschaften der zu untersuchenden
Probe, die Austrittsöffnung der Flüssigkeit durch Aufstecken verschiedener
Kapillaren
11 verändert werden kann, läßt sich derselbe Effekt auch durch Verwendung von variierbaren
Einleitungsrohren 13 bewirken. Diese ermöglichen die ständige Verwendung einer etwas
größeren Auslauföffnung, die störunanfälliger arbeitet als Kapillaren mit z.T. sehr
geringem Innendurchmesser. Bei dieser Anordnung wird der Querschnitt des Einleitungsrohres
an dem nicht in die Flüssigkeit eintauchenden Ende mit Hilfe von austauschbaren
Bremskapillaren so stark verringert, daß trotz der vergrößerten Auslauföffnung noch
Tropfen erhalten werden. Diese entstehen dadurch, daß der durch das Abfallen eines
Tropfens entstandene Unterdruck ein weiteres Austreten an Flüssigkeit verhindert,
so daß erst ein Druckausgleich stattfinden muß, ehe weitere Flüssigkeit austreten
kann. Dieser Druckausgleich kann jedoch durch die aufgesteckte Bremskapillare nur
allmählich erfolgen, wodurch der Flüssigkeitsstrom immer wieder unterbrochen wird,
also einzelne Tropfen gebildet werden. Bei Bedarf kann die Mariottesche Flasche
auch mit einem Doppelmantel versehen werden, woraus eine thermostatisierbare Anordnung
resultiert.
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Die Erzeugung des konstanten auf die Kapillare wirkenden hydrostatischen
Druckes kann außer mit Hilfe einer Mariotteschen Flasche auch mit einem Überlaufgefäß
erzeugt werden. Dazu muß ständig für ein vollständig gefülltes Meßgefäß gesorgt
werden, wobei die Einstellung des jeweiligen Druckes selbsttätig erfolgt, da überschüssige
Flüssigkeit über den Überlauf abfließt. Die beim Zufließen der Flüssigkeit
entstehenden
Strömungen werden durch Umlenkbleche und/ oder durch einen günstigen Zufluß in das
Überlaufgefäß weitgehend vom Meßort. ferngehalten. Diese Anordnung eignet sich besonders
gut für kontinuierliche Messungen, die rasch zu einem Ergebnis führen sollen, da
kein Druckausgleich wie bei der Mariotteschen Flasche abgewartet werden muß und
sich das Einfüllen der Flüssigkeit einfacher gestaltet.
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Die zum Messen der Oberflächenspannungen mittels Tropfrate verwendeten
Kapillaren besitzen einen großen Außendurchmesser, ihre Stirnseite ist plangeschliffen
und endet scharfkantig. Dadurch werden große und gut benetzbare Flächen erhalten,
an denen sich die Tropfen gut aufhängen können, wobei gleichzeitig ein seitliches
Heraufkriechen der Flüssigkeit an der Wandung unterbunden wird.
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Für andere Anwendungen dagegen können zur Messung der Tropfrate auch
andere Kapillarenformen zur Anwendung kommen. Beispielsweise wird die Tropfrate
einer Flüssigkeit, wenn rasch das Meßergebnis erhalten werden soll, mit Kapillaren
bestimmt, die pro Zeitintervall zu einer größeren Tropfenanzahl führen. Dies ist
der Fall bei Kapillaren, die den Tropfen geringere Bend2ungsflächen zur Verfügung
stellen, so daß sie verfrüht abfallen.
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Solche Kapillaren sind jedoch zur Bestimmung von Oberflächen spannungen
ungeeignet.
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Die von der Tropfratenmessung gelieferten Meßergebnisse resultieren
alle in elektrischenlvorzugswei
-se digitalen Signalen, die wieder
einer entsprechenden Auswerteschaltung zugeführt werden. Dieser Auswerteschaltung
sind Speichereinheiten angegliedert, in denen für denselben apparativen Aufbau die
entsprechenden Daten der Bezugsflüssigkeit abgespeichert sind. Beispielsweise sind
in Abhängigkeit von der Temperatur das Produkt aus Volumendurchsatz, spezifischem
Gewicht und reziproker Tropfrate sowie die dazugehörigen Werte für die Oberflächenspannung
gespeichert. Daraus werden durch Vergleich der Temperaturen die entsprechenden Bezugsdaten
herausgesucht und die Oberflächenspannung ermitelt.
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Die Ermittlung einer bestimmten Konzentration über die Tropfrate bietet
sich in erster Linie für Lösungen an, in denen nur eine Komponente gelöst ist, sofern
diese Komponente konzentrationsabhängig die Oberflächenspannung und/oder die Viskosität
und/oder das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ändert. Gleiches gilt für Lösungen,
die außerdem noch inerte Komponenten enthalten, deren Konzentration konstant bleibt
oder die konzentrationsabhängig die genannten physikalischen Größen nicht beeinflussen.
Bei Mehrkomponenten-Lösungen oder Gemischen, bei denen mehrere Komponenten konzentrationsabhängig
die genannten physikalischen Größen beeinflussen, kann nur dann gemessen werden,
wenn feststeht, daß für einen Meßwert nur eine Zuordnungsmöglichkeit besteht, wobei
allgemein die Zuordnung allein über eine Eichkurve erfolgen kann.
Etwas
günstiger liegen die Verhältnisse, wenn z.B.
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wäßrige Tensidlösungen gemessen werden sollen. Da sich diese Lösungen
in der Regel nur geringfügig in bezug auf ihre ViRositäten und spezifischen Gewichte
unterscheiden, ist der Gewichtsdurchsatz durch die Kapillare in grober Näherung
konstant, so daß das Meßergebnis im wesentlichen nur durch die Oberflächenspannung
beeinflußt wird. Daraus resultiert, daß nicht nur Konzentrationsbestimmungen durchgeführt
werden können, sondern auch beispielsweise die entspannenden Wirkungen verschiedener
Tenside miteinander verglichen werden können, und zwar mit Hilfe eines Meßwertes,
der annähernd der Oberflächenspannung entspricht. Damit kann mit dieser Anordnung
beispielsweise auch festgestellt werden, ob in einem Wasser Tenside enthalten sind,
welche Wirkung sie auf die Oberflächenspannung haben und - beispielsweise in der
Funktion als Meßwertaufnehmer bei Prozeßregelungen - ob eine angesteuerte Wirkung
schon erreicht ist oder nicht, ob die Lösung konzentriert oder verdünnt werden muß
und wann z.B. solche Prozesse beendet sind.
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Das erhaltene Meßergebnis wird sicherer, wenn möglichst viele Tropfen
gezählt werden, da dann der relative Fehler kleiner und die Auflösung besser wird.
Dies ist erreichbar wenn das für die Messung herangezogene Zeitintervall grodgewählt
ist, eine möglichst weite Kapillare verwendet wird bzw. die Geometrie der Kapillare
stimmt, Bei Verwendung z.B. einer spitz zulaufenden Kapillare, die um die Austrittsöffnung
schräg angeschliffen und darüber,
um ein Heraufkriechen der Tropfen
zu verhindern, durch einen Silikonüberzug wasserabstoßend gemacht wird, kann die
Tropfrate gegenüber den zur Bestimmung der Oberflächenspannung verwendeten Kapillaren
annähernd verdoppelt werden. Dies hat seine Ursache darin, daß der jeweilige Tropfen
kaum noch eine Aufhängefläche findet und folglich bereits viel kleinere Tropfen
abfallen, wobei auch hier das Absinken der Oberflächenspannung zu einem Ansteigen
der Tropfrate und zu kleineren Tropfenvolumina bzw. -gewichten führt.
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Der hierbei erhaltene Kurvenverlauf einer Konzentrationsreihe weicht
sowohl vom Verlauf der Oberflächenspannung als auch etwas vom Verlauf der Tropfraten
ab, die mit den sonst üblichen dickwandigen und plangeschliffenen Kapillaren gemessen
werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist Wenn man die Anstrengungen, die zur Messung
der Oberflächenspannung gemacht werden müssen, hier als Maßstab anlegt, weichen
die mit einer spitzen Kapillare mit geringen Benetzungsflächen gemessenen Tropfraten
zusätzlich vom tatsächlichen Verlauf der Oberflächenspannung ab. Dies genügt jedoch
für manche Anwendungsfälle oder kommt diesen sogar entgegen, da ein stark vereinfachtes
und deutlicher beschleunigtes Meßverfahren erhalten wird, bei dem zwar auf ein physikalisch
exakt definiertes Meßergebnis verzichtet werden muß, jedoch in bezug auf Reproduzierbarkeit
und Empfindlichkeit kaum Verluste hingenommen werden müssen.