-
Programmgesteuertes Gerät zur automatischen Durchführung von Titrationen
Die Erfindung betrifft ein programmgesteuertes Gerät zur automatischen Durchführung
von Titrationen in einer photoelektrisch überwachten Messkammer mit Dosierungsvorrichtungen
für F@rbindikator, gegebenenfalls Puffersubstanz und Titrierflüssigkeit.
-
Solche Titrierautomaten werden eingesetzt zur Überwachung der Gesamt-wasserhärte
in jedem Härtebereich (für Trink-und Brauchwasser), der Carbonathärte in jedem Bereich
(für Wasser für Brauereien, Limonndenfabriken, Heizungs- und Kühlanlagen), von Laugen
(für Flaschenspülanlagen, Wäschereien, Teztil- und Papierindustrieanlagen), von
Säuren (für die Überwachung der Neutralisation saurer Abwässer) und für viele andere
Aufgaben.
-
Nit bekannten Titrierautomaten der genannten Art lassen sich im Labor
eine Anzahl bereitgestellter, abgemessener Probelösungen ,automatisch titrieren.
Die Titrieratomaten weisen dabei einen höhenverstellbaren, die Dosierungsvorrichtungen
tragenden Meßkopf auf, der automatisch in die in Meßkammern vorbeigeführten Probelösungen
eingetaucht wird. Solche Titrierautomaten erfordem noch zusätzliches Bedienungspersonal,
welches die Proben entnehmen, abmessen und in die durch den Automaten laufenden
Kammern einsetzen muß. Ein solches Verwahren ist zeitraubend und läßt sich nicht
unmittelbar im Betrieb durchführen.
-
Der Erfindung liegt die Atfgabe zugrunde, einen Titrierautomaten zu
schaffen, mit dem die zu untersuchenden proben selbsttätig in vorgegebenen Zeitabständen
aus dem zu überwachenden Medium entnommen, austitriert und die ermittelten Werte
zur Anzeige gebracht werden können.
-
Erfindungsgemäß wird diese Älif gabe dadurch gelöst, daß der Meßkammer
ein an das zu überwachende Medium angeschlossener Zumeßbehälter vorgeschaltet ist,
der der Meßkammer periodisch vor jedem Titrationszyklus eine abgemessene Flüssigkeitsprobe
zuführt, daß die Dosierungsvorrichtungen in Abhängigkeit von der Überführung der
Flüssigkeitsprobe in die Meßkammer betätigban sind und daß an sich bekannte Einrichtungen
zur Entleerung der Meßkammer nach jedem Titrationszyklus vorgesehen sind.
-
Dabei kann der Zumeßbehälter einen Überlauf aufweisen, durch den die
Menge der Flüssigkeitsprobe nach Schließung eines dem Zumeßbehälter vorgeschalteten
Füllventiles bestimmt ist.
-
Um die Meßkammer nach den Titrationsvorgängen jeweils zu spülen und
auszuwaschen, können das dem Zumeßbehälter vorgeschaltete Füllventil und ein am
Auslaß des Zumeßbehälters vorgesehenes Zumeßventil gemeinsam geöffnet werden, so
daß ein Spülstrom durch den Zumeßbehälter und d.ie nachgeschaltete Meßkammer fließt
Vorzugsweise
ist die Einrichtung zur Entleerung der Meßkammer als Siphon ausgebildet. Der Siphon
arbeitet dabei derart, daß sich die Meßkammer selbsttätig entleert, wenn diese zum
Überlaufen gebracht wird. Um ein völliges Entleeren der Meßkammer zu gewährleisten,
kann diese einen geneigten Boden aufweisen, wobei sich das untere Ende der Siphonleitung
im tiefsten Punkt des Meßkammerbodens befindet.
-
Zum guten Durchmischen des in die Flüssigkeitsprobe eingespritzten
Barbindikators und der Pufferlösung sowie der Titrationsflüssigkeit kann die Meßkammer
eine Rührvorrichtung auSweisen, die vorzugsweise als Magnetrührer ausgebildet ist.
-
Zweckmäßig ist das Volumen der Meßkammer größer als das Volumen der
in dem Zumeßbehälter abgemessenen Flüssigkeitsprobe.
-
Um zu verhindern, daß die Austrittsöffnungen der Dosierung svorrichtungen
für den Indikator, die Puffersubstanz und die Titrierflüssigkeit durch Auskristallisieren
der Chemikalien verstopft werden, liegen die Austrittsöffnungen der Dosierungsvorrichtungen
vorzugsweise unterhalb des Niveaus der in der Neßkammer befindlichen Flüssigkeitsprobe.
Dabei kann die Meßkammer auch während der Wartezeit zwischen jedem Titrationszyklus
mit einer entsprechenden Flüssigkeitsmenge gefüllt sein.
-
Um anzuzeigen, wenn die Chemikalien verbraucht sind, können die Dosierungsvorrichtungen
mit an sich bekannten Einrichtungen zur automatischen Chemikalienkontrolle, z.B.
mit Heißleitern, versehen sein, die an das Programmwerk angeschlossen sind.
-
Die Dosierungsvorrichtung für die Titrierflüssigkeit ist zur Erhöhung
der Genauigkeit des Geräts auf sehr kleine Fördermengen pro Zeiteinheit eingestellt
und ist zweckmäßig mit einem Zählwerk verbunden, welches die Anzahl der Einspritzungen
verzeichnet und auswertet.
-
Um eine gute Herantastung an den Umschlagpunkt zu erreichen, kann
die Fördermenge der Titrationsflüssigkeit pro Zeiteinheit bei Annäherung an den
Umschlagpunkt insbesondere durch Spreizung durch elektronische Verzögerung herabgesetzt
werden.
-
Die Dosierungsvorrichtungen können mit einem Meßschieber ausgerüstet
sein, der die Chemikalien in genau eingestellten Dosierungen zuführt. Bei einer
solchen Ausführungsform kann die Spreizung durch Verringerung der
Hubzahl des Meßschiebers pro Zeiteinheit
| erreicht; |
| 1« A u |
| .X~LetcoC tSb |
werden.
-
nach einer bevorzugten AusführungSform kann der Meßschieber iii |
Förderrichtung federbelastet und in einer in gleicher Richtung federbelasteten,
in einer Gehäusebohrung sitzenden Hülse mit seitlichen Einlaßöffnungen für die zu
fördernden Lösungen geführt sein, wobei die Hülse an ihrem Umfang in der Nähe ihres
Auslaßendes mit einem Konus versehen sein kanri, der gegen einer entsprechenden
in der Gehäusebohrung ausgebildeten konischen Sitz anliegt, und wobei die Hülse
vor Inbetriebuahne des Gerätes zur Entlüftung der jeweiligen Dosierungsvorrichtung
von ihrem Sitz abhebbar ist.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranscllaulicht
und-im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
-
Fig. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung den Funkti onsablauf
de s erfindungsgemäßen Geräts.
-
Fi. 2 zeigt eie Querschnitt durch das Gerät, Fig. 3 die Ansicht III
aus Fig. 2, teilweise im Sclmitt, und Fig. 4 eine Draufsicht auf das Gerät.
-
Nach der Zeichnung umfaßt das erfindungsgemäße Gerät einen Gehäuseblock
2, welcher aus Kunststoff, insbesondere einem durchsichtigen Kunststoff, hergestellt
sein kann. Das zu überwachende Medium, das über cine Zweigleitung 4 herangeführt
wird, tritt
durch einen Einlaßkanal 6 in den Gehäuseblock 2 ein.
Der Einlaßkanal 6 ist mit einem über einen Magneten 7 zu betätigenden Hauptventil
8, einem Filter 10 und einem Durchflußregler 12 verseren und mündet in einen im
oberen Teil des Gehäuseblocks 2 gelegenen Sammelraum 14. Der Sammelraum 14 ist einmal
über ein mit einem Magnet 17 betätigbares Füllventil 16 mit einem Zumeßbehäl-I ter
18 verbunden und führt zum anderen über einen Überlauf 20 in einen Auslaßkanal 22.
Der Zumeßbehälter 18 weist einen tangen tial in seinen unteren Bereich mündenden
Einlaß 24 auf und ist oben mit einem Stopfen 26 verschlossen. Etwa in halber Höhe
des Zumeßbehälters ist eine Überlaufbohrung 28 vorgesehen, die in Auslaßkanal 22
mündet. Der Boden 30 des Zumeßbehälters 18 ist zu Mitte geneigt ausgebildet und
weist in seinem Mittelpunkt einen | Abfluß @2 auf, der nit einem Zumeßventil 34
verschließbar ist0 Das Zumeßventil 34 ist dabei mit einem Magnet 35 betätigbar,
| wobei der Ventilschaft in dem Stopfen 26 geführt ist.
-
Der Abfluß 32 ist über einen schrägen Verbindungskanal 36 mit der
Meßkammer 38 verbunden. Die Meßkammer 38 ist als gesondertes, mit einem Griff 40
versehenes Teil ausgebildet, das von unten in etwas schräger Lage iil den Gehäuseblock
2 einsetzbar ist. D@s Volumen der Zumeßkammer 38 ist dabei größer als das durch
die Füllhöhe des Zumeßbehälters bestimmte Volumen der Flüssigkeitsprobe. Die Meßkammer
ist in geeigne@er Weise entlüftet.
-
@on der tiefsten Stelle des Bodens 42 der Meßkammer 38 führt eine
Siphonleitung 44 nach oben in einen im Gehäuse 2 vorgesenenen Sipnonkanal 4@, der
in einem Punkt unterhalb der tief-@ten Stelle des Meßkammerbodens 42 in den Auslaßkanal
22 mündet.
-
Am Bo@en 42 der Meßkammer @@ Liegt ein mit Kunststoff überzogener,
magnetisierbarer Rührstab 48, der durch einen unterhalb der Meßkammer 38 angeordneten
Rührmotor 50 antreibbar ist, der auf seiner Ausgengswelle eincn Magneten 49 aufweist.
-
Über der Meßkammer 38 sind drei Dosiervorrichtungen 52, 54, 56 für
den Farbindikator, die Pufferlösung und die Titrierflüssigkeit vorgesehen. Zur dosierten
Zuführung der Chemikalien, die in außen am Gehäuseblock 2 befestigten Sturzflaschen
58, 60, 62 ent halten sind, ### über Kanäle 64 mit den Dosiervorrichtungen ver-|
bunden sind, dienen Meßschieber 66, die über Magnete 68, 70, 72 betätigbar sind.
Die Heßschieber 66 sind in Förderrichtung der zuzaführenden Lösungen federbelastet
ausgebildet und sind in einer in gleicher Richtung federbelasteten Hülse 67 geführt.
Die Hülse 67, die in einer Gehäusebohrung geführt ist, ist mit seitlichten Einlaßöffnungen,
die etwa in Höhe des Zuführungskanals 64 liegen, für die aus den Sturzflaschen zugeführten
Lösungen versehen. An ihrem Umfang weist die Hülse 67 in der Nähe ihres Auslaßendes
einen Konus 71 auf, der gegen einen entsprechenden in der Gehäusebohrung ausgebildeten
konischen Sitz anliegt. Zur Abdichtung der gegeneinanderliegenden konischen Flächen
ist zweckmäßig ein Gummidichtring vorgesehen. Der Zweck dieser oben beschriebenen
Ausbildung des Schiebers 66 und der Hülse 67 ist der, daß vor Inbetriebnahme des
Gerätes die Dosierungsvorrichtun gen entlüftet werden können, indem die Hülse 67
beispielsweise mit Hilfe eines unter einen Absatz der Hülse greifenden Hebels von
ihrem konischen Sitz abgehoben wird.
-
Die unteren Enden 74 der kanülenartig auslaufenden Dosiervorrichtungen
münden von oben her in die Meßkammer 38 und sind soweit heruntergezogen, daß sie
bei mit der Flüssigkeitsprobe gefüllter Meßkammer in den Flüssigkeitsspiegel eintauchen.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die in den unteren Enden der Dosiervorrichtungen
befindlichen Chemikalien nicht auskristallieren können und die Kanülenausgänge verstopfen.
-
In den Dosiervorrichtungen 52, 54, 56 sind ferner beispielsweise
als Heißleiter ausgebildete Füllstandskontrollen 75 vorgesehen, die über akustische
oder optische Signale anzeigen, wenn keine Chemikalien mehr aus den Sturzflaschen
nachlaufen.
-
Auf einer Seite der Meßkammer 38 ist etwa auf halber Höhe des in Ider
Meßkammer stehenden Flüssigkeitsspiegels eine Lampe 74 angeordnet; die auf eine
diametral auf der gegenüberliegenden Seite der Meßkammer angeordnete Fotozelle 76
scheint. Auf der durch die Lampe 74 und die Fotozelle 76 gebildeten optischen Achse
ist ferner zwischen der Meßkammer 38 und der Lampe 74 ein LichtfilterS 178 vorgesehen.
Auf der der Meßkammer 38 abgewandten Seite der Lampe 74 ist ###### eine Kompensationszelle
80 angeordnet, auf die das Licht der Lampe 74 durch einen Lichtfilter 82 fällt.
-
Das erfindungsgemäße Gerät umfaßt ferner einen in der Zeichnung nicht
dargestellten Zeitgeber, der Impulse auf ein in der Zeichlnung ebenfalls nicht dargestelltes
Programmwerk gibt, mit dem di einzelnen Schalt- und Steuervorgänge in dem Gerät
elektronisch gesteuert werden, wie Öffnen und Schließen des Hauptventils 8 ,des
Füllventils 16 und des Zumeßventils 34, Überprüfung des Ohemikalienvorrats, Einspritzung
von Indikator- und Rfferlösung in die Meßkammer 38, Einschaltung des Rührmotors
50, eines Fotoverstärkers und anschließend der Titrationsautomatik sowie die Betätigung
und Steuerung der Anzeigegeräte und der Selbsthaltung.
-
nach Ansteuerung des Programmwerks durch den Zeitgeber, der auf vorgegebene
Zeitintervalle (beispielsweise 20 Minuten) eingestellt ist, beginnt das Programmwerk
anzulaufen und geht dabei für eine Laufzeit, die einem Bruchteil des für den Zeitgeber
eingestellten Zeitintervalls entspricht, in Selb sthaltung.
-
Gleichzeitig wird die Chemikalienkontrolle durchgefizt und das Hauptventil
8 geöffnet. Durch das Offnen des Hauptventils 8 strös lt die zu untersuchende Flüssigkeit
durch den Einlaßkanal 6,durch den Filter 10 und den Durchflußregler 12 in den Sammelraum
14, von wo sie übr den Überlauf 20 durch den Auslaßkanal 22 wieder aus dem Gehäuseblock
2 austreten kann.
-
Gleichzeitig mit der Öffnung des Hauptventils oder mit einer geringen
Verzögerung wird das Füllventil 16 geöffnet und füllt zunächst den Zumeßbehälter
18, bis die Flüssigkeit durch die Überlaufbohrung 28 in den Auslaßkanal 22 abfließt.
-
Durch Betätigung des Zumeßventils 34 wird der Zumeßbehälter in die
Meßkammer 38 entleert, wobei das Füllventil 16 weiter geöffnet bleibt, so daß Spülwasser
nachläuft und die Meßkammer 38 zum Überlaufen bringt. Dann wird das Zumeßventil
34 geschlossen, so daß der Zustrom zu der Meßkammer 38 unterbrochen wird.
-
Da die Siphonleitung 44, 46 während des Spülvorgangs gefüllt wa#,
entleert sich die Meßkammer 38 nach dem Schließen des Zumeßventils 34 von selbst.
-
Nach einer Verweilzeit, innerhalb der die Meßkammer 38 leergelaufen
ist, ist der Zumeßbehälter 18 wieder gefüllt. Dann schließt das vor dem Zumeßbehälter
befindliche Füllventil 16 und das Zumeßventil 34 wird wieder geöffnet, um die in
dem Zumeßbehälter abgemessene Flüssigkeitsmenge in die Meßkammer 38 zu überführen.
-
Zugleich wird mit Hilfe der Dosierungsvorrichtungen 52 und 54 der
Farbindikator und eventuell Pufferlösung in die Meßkammer 3 gegeben. In diesem Moment
schaltet der Rührwerksmotor 50 ein, der mit Hilfe des Bührstabs 48 die in der Meßkammer
38 befindlichen Flüssigkeiten gut durchmischt. Gleichzeitig wird der Verstärker
für die fotoelektrische Überwachungsvorrichtung eingeschaltet, so daß die in der
Meßkammer 38 befindliche Lösung von nun an fotoelektrisch überwacht wird.
-
Nach einer Verweilzeit (etwa 20 Sekunden) für die Durchmischung von
Indikator, Pufferlösung und Wasser beginnt die Ditrationsautomatik zu arbeiten.
Es wird jeweils eine Einspritzung vorgenommen, die über ein elektronisch gesteuertes
Zählwerk mitgezählt wird. Dabei wird die Lichtdurchlässigkeit gemessen.
-
wenn sich die Lösung dem Umschlagpunkt nähert, wird durch eine elektronische
Verzögerung die Titrationsfolge gespreizt. Bei einer Härtemessung beträgt die Titrationsfolge
beispielsweise zunächst etwa zwei Sekunden, während sie vor dem Umschlagpunkt gespreizt
wird.
-
Im Homent des Umschlags, d.h. bei Erreichen des tatsächlichen zu
ermittelnden Wertes, bei dem die Fotozelle 76 einen permanenten lParbwechsel registriert,
wird über den Verstärker die titration unterbrochen und die Zählung abgeschaltet,
wobei das | Endergebnis beispielsweise mit Hilfe von Ziffernröhren ablesbar gemacht
erde kann. Das Ziffernergebnis kann auch über die Programmzeit hinaus gespeichert
werden.
-
ach Beendigung des Titrationsvorganges werden das Zumeßventil 34
und das Füllventil 16 geöffnet, so daß ein Flüssigkeitsstrom durch den Zumeßbehälter
18 und die Meßkammer 38 läuft, wodurch die Meßkammer 38 gespült und gewaschen wird.
Danach werden sämt-| liche Ventile geschlossen und der Verstärker und die Automatik
abgeschaltet.Es bleibt dann lediglich die Ziffernanzeige bestehen, die beim nächsten
Programmanlauf gelöscht wird.
-
Vorzugsweise wird die nach schließung der Ventile dig über den Siphon
44, 46 leergelaufene Meßkammer 38 durch Öffnung des Zumeßventils 34 nochmals gefüllt,
so daß die unteren Enden der Dosiereinrichtungen auch während der Wartezeit bis
zum nächsten Programmanlauf in Flüssigkeit eingetaucht sind, damit ein Auskristallisieren
der Chemikalien und ein eventuelles Verstopfen der Kanülenauslässe wirksam verhindert
wird.
-
Bei Geräten mit Grenzwertsignalisierung sind zusätzlich zwei Codierschalter
eingebaut, einer für den Minimalwert und einer -für den Maximalwert. Bei Verwendung
dieser Schalter ergibt; sich folgende Funktion:
Erfolgt der Umschlag
der Lösung vor Erreichen des eingestellten Minimalwertes (beispielsweise: Wasser
ist weicher als vorgesehe8) so kann ein optisches undfoder ein akustisches Signal
angesteuert werden Wird der eingestellte Maximalwert erreicht, ohne daß ein Umschlag
erfolgt ist (beispielsweise: Wasser ist härter als zulässig), so erfolgt das Alarmsignal
bei Überschreiten des Maximalwertes. Die Titration geht jedoch weiter und schaltet
erst ab, wenn der tatsächliche Härtewert festgestellt ist.
-
Beim Über- und Unterschreiten der Sollwerte können mit Hilfe der Codierschalter
oder anderer entsprechender Einrichtungen durch elektrische Impulse Steuerungen
vorgenommen werden, indem durch automatische Zumischung von beispielsweise Wasser
mit ande|-ren Härtewerten der Sollwert eingestellt wird0 - Patentansprüche -