DE1573278A1 - Verfahren zur Messung der Siedetemperatur von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

DipL-lng. A. WEDDE
München27,8cnumannetr.2

MEPAG A.G., Greifensee (Zürich, Schweiz). Verfahren zur Messung der Siedetemperatur von Flüssigkeiten·

Bekanntlich kann die Siedetemperatur von Flüssigkeiten dadurch ermittelt werden, dass man die betreffende Flüssigkeit langsam erwärmt und dabei diejenige Temperatur feststellt, bei welcher eine intensive Entwicklung von aufsteigenden Dampfblasen einsetzt·

Um das Auftreten der Dampfblasen besser erkennen zu können, hat man die Flüssigkeit meistens in lotrechter Richtung beleuchtet und in einer quer dazu stehenden Richtung beobachtet· Sind keine Dampfblasen vorhanden, dann wird ein mehr oder weniger dunkler Hintergrund erblickt· Ist jedoch eine Dampfblase in der Flüssigkeit vorhanden, so reflektiert diese Licht, welches zum Teil auch in die Beobachtungsrichtung fällt· Beim Auftreten von Dampfblasen wird dann eine entsprechende Anzahl heller Lichtflecke verschiedener Ausdehnung gesehen, die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit nach oben bewegen·

Aber selbst bei dieser erleichterten Beobachtungsweise ist der Entscheid darüber, zu welchem Zeitpunkt nun eine hin-

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reichend intensive Entwicklung von aufsteigenden Daapfblasen auftritt, um das Erreichen der Siedetemperatur annehmen au können, noch vom Ermessen des Beobachters abhängig und daher subjektiven Fehlerquellen unterworfen·

Die vorliegende Erfindung befasst sich demgemäss mit einem Verfahren zur Messung der Siedetemperatur von flüssigkeiten, bei welchem die flüssigkeit beleuchtet wird und die Dampfblasen mit Hilfe des von ihnen reflektierten Lichtes in einer Richtung beobachtet werden, die quer steht zur Richtung, in welcher die Dampfblasen aufsteigen· Bezweckt wird nun, die oben erwähnten subjektiven Fehlerquellen zu vermeiden und zudem ein Verfahren zu schaffen, welches eine weitgehend automatisierbare Messung der Siedetemperatur von Flüssigkeiten gestattet· Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass man die Dampfblasen eine vorgegebene Messtrecke durchlaufen lässt und das innerhalb dieser Messtrecke von ihnen reflektierte Licht von einer Photozelle aufgefangen wird, und dass mittels eines an die Photozelle angeschlossenen elektronischen Verstärkers eine elektrische Messgrösse gewonnen wird, welche der jeweiligen Dampfentwicklung gemäss den die Messtreoke passierenden Dampfblasen entspricht· Dabei hat es sich als zweckmässig erwiesen, wenn die elektrische Messgrösse die Durchlaufzeit erfasst, welche die aufsteigenden Dampfblasen zum Durchlaufen der Messtrecke benötigen» Die elektrische

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Messgrösse erfasst jedoch vorzugsweise auch die Anzahl der pro Zeiteinheit die Messtrecke durchlaufenden Dampfblasen.

Das erfindungsgemäsa Verfahren wird nachfolgend und an Hand der Zeichnung näher erläutert» wobei in der Zeichnung ein vereinfachtes Aueführungsbeispiel für eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens veranschaulicht ist·

Die flüssigkeit, deren Siedetemperatur zu bestimmen ist, wird in ein Proberöhrchen 1 der wie üblich geringen Abmessungen eingefüllt, wobei in diesem Proberöhrchen eine zusätzliche Siedehilfe, wie zum Beispiel ein Siedesteinchen oder eine kleine Siedekapillare, vorgesehen sein kann· Das Proberöhrohen 1 wird seinerseits in den Aufnahmekanal 2 eines metallischen Ofenkörpers 3 eingesetzt, der mit einer in der Zeichnung nicht näher veranschaulichten Heizwicklung versehen ist· In den Ofenkörper 3 ist ein Temperaturfühler, wie zum Beispiel •in Thermoelement oder ein temperaturabhängiger Widerstand, eingelassen, welcher zur Messung der jeweiligen Ofentemperatur herangezogen sein kann· Ferner weist der Ofenkörper 3 einen Lichtleiter 5 aus hitzebeständigem Glas auf, wobei das untere Ende des Froberöhrchens 1 an der konischen Stirnfläche des Lichtleiters 5 anstehen kann· Der Letztere wird an seinem herausragenden Ende von einer ausserhalb des Ofenkörpers 3 angeordneten Lampe 6 bestrahlt, sodass also die im Froberöhrohen 1 befindliche Flüssigkeit in einer von unten nach oben

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weisenden Richtung beleuchtet wird· Schliesslieh hat der Ofenkörper 3 nooh einen vom Aufnahmekanal 2 aus quer abstehenden Beobachtungskanal 7 von beispielsweise rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, durch welchen somit ein scharf begrenztes Volumen der im Proberöhrchen 1 befindlichen llüssigkeit beobachtet werden kann· Die Abmessungen des Beobachtungskanale 7 sind so getroffen, dass durch denselben eine Messstrecke begrenzt wird, welche von den in der flüssigkeit hochsteigenden Dampfblasen durchlaufen werden muss. Der Mündung des Beobachtungskanals 7 gegenüberstehend ist eine Photozelle 8 angeordnet, die beispielsweise aus einem Cadmiumsulfid-Widerst and bestehen kann. Die Photozelle 8 liegt dabei in Reihe mit einem Widerstand 9 an einer Gleichspannungsquelle, welch letztere in der Zeichnung jedoch nicht näher veranschaulicht ist· Die bei veränderlicher Belichtung der Photozelle 8 am Widerstand 9 auftretenden Spannungsänderungen werden mit Hilfe eines elektronischen Verstärkers 10 verstärkt. Von diesem Ver-

stärker ist in der Zeichnung der Eingangstransistor 11 gezeigt, der zur Erzielung eines hohen Eingangswiderstandes in Kollektorschaltung arbeitet. Anschliessend an den Eingangstransistor 11 weist der elektronische Verstärker 10 einen in der Regel mehrstufigen Spannungsverstärker von an sich üblicher Bauart auf, der indessen aus Gründen der Uebersichtlichkeit nicht näher veranschaulicht ist. Dieser Spannungsverstärker dient

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zur Aussteuerung eines elektrischen Integrators, der in der . Zeichnung aus dem Ausgangstransistor 12, dem Ladekondensator und dem Entladewiderstand 14 besteht» Die Basis des Ausgangstransistors 12 erhält keine besondere Vorspannung, sodass ein Kollektrostrom nur fliessen kann, wenn die der Basis aufgedrückten positiven Steuerspannungen einen gewissen Schwellwert übersteigen. Im Uebrigen ist der ganze elektronische Verstärker 10 so bemessen, dass seine untere Grenzfrequenz grössenordnungsmässig bei etwa 0,5 Hertz und seine obere Grenzfreajienz grössenordnungsmässig bei ungefähr 500 Hertz liegt· Ferner kann der Entladewiderstand 14 gegebenenfalls durch die entsprechend hochohmige Erregerwicklung eines elektromechanischen Relais ersetzt sein. Das Letztere hat dann vorzugsweise einen Selbsthaltekontakt, der nach einmal erfolgtem Ansprechen des Relais dasselbe im angesprochenen Zustand verharren lässt.

Siedet nun die im Proberönrohen 1 befindliche flüssigkeit noch nicht, so wird die Photozelle 8 nur einen gewissen und konstanten Dunkelstrom führen· Dann bleibt jedoch der Kollektor des Ausgangstransistors 12 stromlos, am Ladekondensator 13 herrscht die Spannung Null, und es ist auch der Entladewiderstand 14 bzw. die entsprechende Relaiswicklung stromlos·

Steigt hingegen eine Dampfblase auf, so wird während ihres Durchlaufens der vorerwähnten Messtrecke ein kurz dauernder

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Lichtimpuls die Photozelle 8 treffen, der an der Baals des Eingangstransistors 11 einen entsprechenden Spannungsimpuls zur Folge hat· Die Amplitude dieses Spannungsimpulses ist für eine gegebene Flüssigkeit ungefähr proportional der Oberfläche der betreffenden Dampfblase. Die zeitliche länge dieses Spannungsimpulses ist hingegen durch die Durchlaufzeit gegeben, welche die Dampfblase zum Durchlaufen der Messtrecke benötigt» Diese Durchlauf zeit hängt aber wiederum vom Volumen der Dampfblase ab, wobei indessen die geometrischen Abmessungen des Proberöhrchens 1 ebenfalls zu berücksichtigen sind· Bei den üblichen Proberöhrchen 1 geringen Querschnitts sind die mittleren Abmessungen der Dampfblasen grössenordnungsmässig bereits vergleichbar mit den Querschnittsabmessungen des Eroberöhrchens· Ss zeigt sich, dass dann grössere Dampfblasen langsamer aufsteigen als kleinere Dampfblasen. Unter diesen Umständen wird die zeitliche Länge des vorerwähnten Spannungsimpulses mit wachsender Grosse der Dampfblase ebenfalls zunehmen· Für eine Dampfblase mittlerer Grosse ergibt sich dabei eine Durchlaufzeit bzw· eine Impulslänge von grössenordnungsmässig etwa einer Zehntelsekunde·

Der durch die Dampfblase ausgelöste Spannungsimpuls der vorerwähnten Eigenschaften gelangt entsprechend verstärkt an die Basis des Ausgangstransistors 12. Während der Dauer dieses Spannungsimpulses entsteht somit am Ladekondensator 13 ein

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Spannungsanstieg und die erreichte Endspannung ist.im wesentlichen proportional dem Produkt aus Impulslänge und Impulsamplitude· fegen des Entladewiderstandes 14 klingt hernach die Spannung am Ladekondensator 13 wieder auf Null ab, sofern nicht zwischenzeitlieh eine weitere Dampfblase aufgestiegen und ein weiterer Spannungsimpuls an der Basis des Ausgangstransistors 12 wirksam geworden ist.

Treten anderseits Dampf blasen* und damit entsprechende Spannungeimpulse in statistisch unregelmässiger Folge auf, so wird der zeitliche Mittelwert der sich am Ladekondensator 13 einstellenden Spannung auch mit der Anzahl der pro Zeiteinheit die Messtreoke durchlaufenden Dampfblasen zunehmen· Die sich soloheraassen ergebende Spannung am Ladekondensator 13 oder auch der duroh den Entladewiderstand 14 fliessende elektrische Strom stellen somit je eine elektrische Hessgrösse dar, welche der jeweiligen Dampfentwicklung gemäss den die Messstrecke passierenden Dampfblasen entspricht. In dieser elektrischen Hessgrösse wird sowohl das Volumen der einzelnen Dampfblasen wie auch deren Anzahl erfasst und subjektive Fehlerquellen sind völlig ausgeschlossen· Ersetzt man demnach in der vorbeschriebenen Weise den Sntladewiderstand 14 durch die Erregerwicklung eines elektromechanischen Relais, so wird

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dieses Relais beim Erreichen einer vorgegebenen Endspannung

am Ladekondensator 13 ansprechen und damit die Erreichung der Siedetemperatur der su untersuchenden Flüssigkeit anzeigen· Mittels dieses Relais kann ferner die Ablesung oder Speicherung der jeweiligen Siedetemperatur veranlasst und gleichzeitig die Heizwicklung abgeschaltet werden, die zur Aufheizung des Ofenkörpers 3 vorgesehen ist· Damit wird eine automatisierbarβ Bestimmung der Siedetemperatur von flüssigkeiten erhalten·

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Claims (1)

1. - 9 Patentansprüche ·

   1« Verfahren zur Messung der Siedetemperatur von flüssigkeiten» bei welchem die Flüssigkeit beleuchtet wird und die Dampfblasen mit Hilfe des von ihnen reflektierten Lichtes in einer Richtung beobachtet werden,, die quer steht zur Richtung in welcher die Dampfblasen aufsteigen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Dampfblasen eine vorgegebene Messtrecke durchlaufen lässt und das innerhalb dieser Messtrecke von ihnen reflektierte Licht von einer Photozelle aufgefangen wird, und dass mittels eines an die Photozelle angeschlossenen elektronischen Verstärkers eine elektrische Messgrösse gewonnen wird, welche der jeweiligen Dampfentwicklung gemäss den die Messtrecke passierenden Dampfblasen entspricht«

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Messgrösse die Durchlaufzeit erfasst, welche die Dampfblasen zum Durchlaufen der Messtrecke benötigen,

   3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Messgrösse die Anzahl der pro Zeiteinheit die Messtrecke passierenden Dampfblasen erfasst·

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