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Vorrichtung zur selbsttätigen Temperaturkompensation der Anzeige von
elektrometrischen Meßanordnungen Die Erfindung bezieht sich auf elektrometrische
-Meßanordnungen, bei denen die Spannung einer elektrolytischen Zelle nach einem
potentiometrischen Verfahren bestimmt wird.
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Es sind Vorrichtungen zur selbsttätigen Temperaturkompensation der
Anzeige von voll- und halbpotentiometrischen Meßanordnungen bekannt, die ein Widerstandsthermometer
zur Parallelverschiebung der Meßwertspannungskurve benutzen. Diese Vorrichtunnen
sind überall da anwendbar, wo zwischen einer elektromotorischen Kraft, die nach
der Kompensations- oder der Ausschlagmethode gemessen werden soll, und dem zu messenden
Wert eine Temperaturabhängigkeit derart besteht, daß durch diese eine Parallelverschiebung
der Meßkurve eintritt. Beispielsweise wird zur Temperaturkompensation der kalten
Lötstelle eines Thermoelements ein Widerstandsthermometer derart in den Meßkreis
eingeschaltet, daß hierdurch die Millivolttemperaturkurve bei Änderung der Temperatur
der kalten Lötstelle parallel verschoben wird. Auch ist die Vorrichtung für die
"Temperaturkompensation von elektrometrischen Messungen z. B. der Wasserstoffzahl
anwendbar, sofern mit der Temperatur lediglich eine Parallelverschiebung eintritt.
Da die Abhängigkeit der Spannung von der Temperatur jedoch nicht bei allen pH-Werten
gleich groß ist, durch eine Parallelverschiebung also eine vollkommene Temperaturkompensation
nicht erreicht werden kann, hat inan dadurch eine annähernd richtige Temperaturkompensation
zu erhalten versucht, daß man für die Mitte des Meßbereiches die Temperaturkompensation
exakt durchführte, während nach beiden Seiten hin eine mehr oder weniger große Temperaturabhängigkeit
bestehen blieb.
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Diesen Nachteil der nach beiden Seiten hin wachsenden Ungenauigkeit
vermeidet die vorliegende Erfindung dadurch, daß mindestens zwei Widerstandsthermometer,
die in einem Einsatz untergebracht oder baulich mit dem Meßgerät vereinigt werden
können, verwendet und so geschaltet werden, daß der eine Teil eine 'Neigungsänderung
der Meßwertspannungskurve um einen Drehpunkt innerhalb des Meßbereiches und der
andere Teil im wesentlichen eine Parallelverschiebung hervorruft, derart, daß insgesamt
eine Neigungsänderung der Meßwertspannungskurve uni einen beliebigen Drehpunkt erfolgt.
Es ist zwar schori eine Anordnung mit zwei temperaturempfindlichen Widerständen
bekanntgeworden, jedoch sind diese völlig gleichwertig
zueinander
geschaltet und erfüllen demzufolge auch nur eine Aufgabe; sie sollen hierbei nur
eine Grob- und Feineinstellung ermöglichen.
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Dabei ist das Verfahren gemäß der Erfindung auf sämtliche elektrometrischen
.Meßmethoden beliebiger Art und beliebigen Meßbereichanfangs und -umfangs anwendbar
und gewährleistet in jedem Falle eine vollständige Kompensation des Einflusses der
Temperatur auf die Anzeige. Das. Verfahren läßt sich sowohl für vollpötentiometrische
als auch für halbpotentiornetrische Schaltungen verwenden, und es werden im folgenden
einige Anwendungsmöglichkeiten beschrieben.
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Bei den vollpotentiometrischen Meßverfahren wird beispielsweise in
einer Brückenschaltung nach der Kompensationsmethode gemäß Fig. z die Parallelverschiebung
durch Einbau eines Widerstandsthermometers T, in einen der Brückenzweige bewirkt,
während die Neigungsänderung durch ein Widerstandsthermometer T2 hervorgerufen -wird,
welches parallel zum Meßdraht angeordnet ist. Beide Widerstandsthermometer
TI, T? tauchen zusammen mit dem Meßelektrodenpaar El in einen Behälter Bi
mit der zu untersuchenden Flüssigkeit. Auch durch andere zweckentsprechende Anordnung
der Widerstandsthermometer können die Parallelverschiebungen bzw. Neigungsänderungen
erreicht werden. So läßt sich die Neigungsänderung auch dadurch erzielen, daß man
parallel zur Brücke einen temperaturempfindlichen Widerstand und vor die Gesamtanordnung
einen 'entsprechenden Vorwiderstand schaltet. Hierdurch wird beispielsweise bei
Verwendung eines Widerstandsmaterials mit positivem Temperaturkoeffizienten die
Kurve mit steigender Spannung stärker geneigt. Legt man dagegen ein Widerstandsthermometer
aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten vor die Brücke und parallel
zu diesem und der Brücke einen weiteren Widerstand sowie vor die Gesamtanordnung
zweckmäßig einen Vorwiderstand, so -wird mit steigender Spannung ein Absinken der
Neigung erreicht.* Die beiden letztgenannten Anordnungen bedingen einen hohen Leistungsverbrauch
für die Temperaturkompensation, so daß man nach Möglichkeit die zuerst genannte
Schaltung unter Verwendung eines Widerstandsthermometers parallel zum Meßdraht zur
Neigungsänderung der Kurie vorziehen wird. Es ist selbstverständlich, daß man durch
Walil eines Widerstandsmaterials mit positivem bzw. negativem Temperaturkoeffizienten
es in der Hand hat, sämtliche gewünschten Neigungsänderungen zu erzielen. Durch
die Kombination mit der Parallelverschiebung läßt sich auf diese Weise jede gewünschte
Änderung der Spannung bei verschiedenen Meßwerten in Abhängigkeit von der Temperatur
erreichen.
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Ebenso kann man auch in allen anderen .Kompensationsschaltungen durch
dieVerwendung von zwei Widerstandsthermometern in zweckentsprechender Schaltung
die gleichen Wirkungen erzielen. Beispielsweise wird bei Verwendung einer Poggendorfschen
Schaltung ein Widerstandstliermorneter vor den Meßdraht und ein zweites in den Kompensationskreis
gelegt. Ferner kann man auch zwei Widerstandsthermometer in geeigneter Weise in
einer Röhrenschaltung verwenden, bei der das Röhrenvoltmeter als Nullgalvanometer
dient.
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Nach dem gleichen Prinzip läßt sich unter Verwendung von wenigstens
zwei Widerstandsthermometern einevollkommeneTemperaturkompensation auch -von halbpotentiometrischen
Schaltungen beliebiger Art erreichen.Beispielsweisewird bei einerBrückenschaltung
nach der Ausschlagmethode gemäß Fig. a die Parallelverschiebung durch Einbau eines
Widerstandsthermometers T3 in einen -der Brückenzweige erzielt, während die Neigung
durch Parallel- oder Vorschalten eines temperaturempfindlichen Widerstandes T4,
der zusammen mit T3 und dem Meßelektrodenpaar E, in den die zu untersuchende Flüssig=
keit enthältenden Behälter B, taucht, zum Meßgalvanometer erfolgt.
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Der Grad der Neigung wird durch die Größe des vor- oder parallel geschalteten
Widerstandes bestimmt.
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Auch für derartige halbpotentiometrische Schaltungen gelten die gleichen
Gesichtspunkte, -wie sie bei den vollpotentiometrischen Meßanordnungen beschrieben
sind. Man kann also Widerstandsthermometer mit positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten
benutzen und,die Temperaturkompensation auf alle Arten von Schaltungen, die nach
dem halbpotentiometrischen Prinzip, d. h. also nach der Ausschlagmethode" arbeiten,
also beispielsweise auch für Röhrenschaltungen anwenden.
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Läßt sich bei den beschriebenen Schaltungen mit einem Widerstandsthermometer
die erforderliche Parallelverschiebung bzw. Neigung der Kurve nicht erreichen, so
kann man zu jedem Widerstandsthermometer weitere Widerstandsthermometer in den gleichen
Stromkreis oder in die Teile der Schaltung zuschalten, in denen die gleichen Wirkungen
erzielt werden.
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Soll dasTernperaturkompensationsverfahr en gemäß der Erfindung auf
eine Schaltung zur Bestimmung von Ionenkonzentrationen, beispielsweise zur p11 -Messung,
angewendet werden, so können die beschriebenen Schaltunen
so lange
benutzt «erden, wie das Meß-und (las Vergleichshalbelernent gleichen Teniperatur:in(lerungen
unterworfen sind. Es gibt aber auch Meßanordnungen, in denen die Temperaturänderungen
der beiden Halbelcinente verschieden groß sind, «-eng beispielsweise das eine Element
in räuinliclier Entfernung von dem zweiten aufgebaut ist und durch das zweite die
zu untersuchendeLösung -mit gegenüber deinVergleichshalbelenient verschiedener.
Temperatur strömt. In diesem Fall l:ißt sich nach den gleichen Gesichtspunkten eine
vollständige Temperaturkompensation dadurch erreichen, (laß man für jedes Hall)-eleinent
eine Temperaturkornpensationsanordnung mit Hilfe von Widerstandsthermometern gemäß
obiger Darlegung anbringt. Ist die Temperatur der einen Halbzelle konstant, so kann
auf die Temperaturkompensation dieser Zelle verzichtet werden. Sind die Temperaturschwankungen
dieser Zelle nur sehr klein, so» reicht auch u.LT. eineTemperaturkompensation dieser
Halbzelle mit nur einem Widerstandsthermometer aus. Die Widerstandsthermometer werden
dann in die Flüssigkeiten eingetaucht, zu deren Temperaturkompensation sie vorgesehen
sind. oder mit den betreffenden Teilen der Meßeinrichtung baulich vereinigt.
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Selbstverständlich ist das Temperaturkompensationsverfahren gemäß
der Erfindung nicht auf die beschriebenen Schaltungsanordnungen beschränkt, sondern
kann bei jedemelektrometrischen Meßverfahren in der jeweils zweckentsprechenden
Form Verwendung finden. _