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Vorrichtung zur Verringerung des Einflusses der Polarisation auf die
Meßgenauigkeit von stoßweise belasteten Elektrolytzählern Bei der Elektrolyse tritt
bekanntlich die sogenannte Polarisation auf. Der Verlauf der elektrolytischen Reaktion
in Elektrolytzäblern und der dabei auftretenden Polarisation ist in der sogenannten
Nernstschen Formel
rechnerisch erfaßt. Dabei bedeutet E die Spannung, R den Widerstand, T die absolute
Temperatur, hr, die Wertigkeit der Ionen und P bzw. p die Lösungsdrucke an den Elektroden.
Aus der Formel geht hervor, daß die Polarisation durch Verschiedenheit der Lösungsdrucke
an den beiden Elektroden ihre Ursache hat. Die Polarisation ist abhängig vom logarithmischen
Verhältnis der Lösungsdrucke an den Elektroden. Da diese aber immer etwas verschieden
sind, ist auch die Polarisationsspannung größer als Null. Sie ist zwar bei vermohrten
Elektroden kleiner als die sogenannte Zersetzungsspannung des Elelçtrolyten, beträgt
jedoch immer noch je. nach Zählerart 2 bis Io 01o der gesamten Meßspannung, so daß
sie 14eineswegs vernachlässigt werden kann.
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Da sich weiter die Polarisation beim Einschalten des Stromes allmählich
aufbaut und beim Ausschalten des Stromes nicht augenbl ickl ich verschwindet, sondern
sehr langsam
abklingt, so steigen die Meßfehler bei Elektrolytzählern,
wenn sie unter besonders ungünstigen Arbeitsverhältnissen, wie bei schneller und
unregelmäßiger Aufeinanderfolge von Ein- und Ausschaltungen der Zähler stehen.
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Die Erfindung hat nun die Aufgabe, derartige Njießfehler bei Elektrolytzählern
zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß wird die Polarisationsspannung durch eine von der
Belastung und vom Polarisationsvorgang zeitlich abhängige llilfsgegeílspannung ausgeglichen.
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So kann man z. B. in den Zellenstromkreis ein oder mehrere vom Meßstrom
beheizte Thermoelemente einschalten, deren Spannung der Polarisationsspannung entgegengesetzt
gerichtet ist. Unter Umständen kann das Thermoelement aus Teilen des Zellenmeßl;reises
selbst bestehen, indem man den SIeßkreis aus verschiedenen Nietallen oder Legierungen
in geeigneter VVeise zusammensetzt.
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Es ist zwar bekannt, bei Elektrolytzählern eine Hilfsspannung zu
verwenden, doch hatte diese bisher nur die Aufgabe, die eigentliche elektrolytische
Abscheidung zu verursachen.
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Die Hilfsspannung ist bei der bekannten Einrichtung so geschaltet,
daß ein ausgleich zwischen Polarisationsspannung und Hilfsspannung nicht in jedem
Augenblick möglich ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Im Zuge der Leitung N liegt der NebenwiderstandI, an dem über einen
Vonviderstand 2 die elektrolytische Zelle 3 angeschlossen ist. In der einen Zellenzuleitung
ist das vom Nebenwiderstand 1 beheizte Thermoelement 4 eingeschaltet. Bei der eingezeichneten
i'olarität hat die Polarisationsspannung die durch ausgezogenen Pfeil angedeutete
Richtung. I)as Thermoelement4 wird derart gepolt, daß seine Spannung die durch gestrichelten
Pfeil angedeutete Richtung hat. Die für die Erwärmung und Abkühlung des Thermoelements
maßgebende Zeitkonstante wird durch Anpassung der Wärmekapazität, des Wärmeübergangswiderstandes
usw. etwa der Zeitkonstante der Polarisationsspannung gleichgemacht. Beide Spannungen
verlaufen zeitlich nach den bei Anwärmung und Abkühlung bekannten e-Funktionen.
Auch die Größe der beiden Spannungen wird so gegeneinander abgeglichen, daß sich
wenigstens für den wichtigsten Belastungshereich ein voller Ausgleich ergibt, also
beispielsweise für den Belastungsbereich der Nennlast.
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Die Erfindung arbeitet folgendermaßen: aeim Einschalten des Stromes
ist zunächst keine Polarisationsspannung vorhanden. Auch fehlt die Spannung des
Thermoelements, da seine leiden Lötstellen gleiche Temperatur haben. Sobald der
Strom längere Zeit durch die Zelle 3 hindurchgegangen ist, baut sich wegen der Verschiedenheit
der Lösungsdrucke an den Elektroden in bekannter Weise die Polarisationsspannung
auf, um schließlich einen von der jeweiligen Belastung abhängigen stationären Wert
zu erreichen. In derelben Weise entwickelt sich aber auch allmahl ich die Ililfsspannung
des Thermoelements, da die vom Nebenwiderstand I beheizte Lötstelle sich mehr und
mehr erwärmt, während die andere in der Nähe der Zelle liegende Lötstelle im wesentlichen
die gleiche Temperatur beibehält. Sind nun voraussetzungsgemäß die Zeitkonstanten
der Polarisationsgegenspannung und der Thermoelementspannung einander gleich und
die Spanrungen selbst aufeinander abgeglichen, dann gleichen sich die beiden Spannungen
in jede@ Augenblick aus.
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Beim Abschalten des Stromes klingt die Polarisationsspannung allmählich
ab, sie würde an sich einen Rückstrom, der sich durch die Teile I, 2, 3 schlieBt,
herbeiführen, der einen Rücktransport des abgeschiedenen Meßstoffes und damit einen
Nfeßfehler zur Folge hätte. Dieser Rücktransport des Meßstoffes wird aber durch
die Ilil fsgegenspannung des Thermoelements, die ebenfalls allmählich abklingt,
weil sich die vom Nebenwiderstand I beheizte Lötstelle abkühlt, unterbunden.
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Die beschriebene Abgleichung läßt sich für eine bestimmte Belastung,
z. B. für Nennstrom, ohne Schwierigkeiten durchführen.
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Bei anderen Belastungsstufen können sich aber Restfehler ergeben,
weil die Polarisationsspannung sich proportional mit dem Strom, die Hilfsgegenspannung
des Thermoelements ebenso wie die Temperatur desselben etwa proportional mit dem
Ouadrat des Stroms ändert. Will man auch diese Restfehler unterdrücken, dann kann
man Thermoelemente verwenden, deren EMK nicht proportional der Temperatur ist. oder
man kann in den Stromkreis des Thermoelements Widerstande einschalten, deren Leitfähigkeit
l)Ci Temperaturzunahme abnimmt.