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Elektrochemischer Analysator zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in entgastem Wasser
Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Analysator zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in entgastem Wasser, dessen Messeinrichtung aus einer elektrochemischen Zelle mit einer Eisenanode und einer Quecksilberkathode besteht.
Infolge der grösseren Ansprüche, die an die Qualität des Speisewassers in energetischen Zentralen gestellt werden, steigen auch ständig die Anforderungen bezüglich der entsprechenden Kontrolle. Es werden in zunehmendem Masse genauere und empfindlicher Geräte verlangt, die fähig sind,
Restmengen von Sauerstoff mit genügender Genauigkeit festzustellen.
Zu den dafür vorgesehenen Geräten gehört auch ein elektrochemischer Analysator zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Dampf- und Wasserkreis in Anlagen zur Energiegewinnung. Dieses Gerät arbeitet nach dem amperometrischen Prinzip, wobei der von einer Zelle aus Quecksilber als Kathode und Eisen als Anode gelieferte Strom gemessen wird, wenn zwischen Anode und Kathode die zu analysierende Flüssigkeit hindurchfliesst. Das Quecksilber ist leicht polarisierbar. Der von der Zelle gelieferte Strom verursacht chemische Änderungen an den Elektroden, deren Folge eine Änderung des absoluten elektrochemischen Quecksilberpotentials ist. Diese Änderung ist die Ursache für das Entstehen einer elektromotorischen Kraft, die jener des Systems Eisen-Elektrolyt-Quecksilber entgegenwirkt, bis beide Kräfte einander aufheben.
Der Strom hört zu fliessen auf, die Quecksilberelektrode ist polarisiert (Wasserstoffpolarisation).
Der in der zu analysierenden Flüssigkeit gelöste Sauerstoff wirkt als Depolarisator für das Quecksilber. Der Strom dieser Zelle hängt unter bestimmten Bedingungen von dem Gehalt an gelösten Sauerstoff ab. Eine dieser grundsätzlichen Bedingungen ist die ständige Erneuerung der aktiven Quecksilberfläche. Der zwischen den Elektroden fliessende Strom ruft elektrolytische Reaktionen hervor, deren Produkte die Quecksilberoberfläche desaktivieren. Dadurch steigt der innere Widerstand der Zelle an und der Strom sinkt ab, u. zw. auch dann, wenn der Sauerstoffgehalt unverändert bleibt.
Dieser Mangel wird bei den heutigen Analysatoren dadurch vermieden, dass das Quecksilber in demselben Masse, in dem es zufliesst, zirkuliert. Die Zirkulation wird durch den Durchfluss der Probe bewirkt. Die Stärke des Durchflusses der Probe und die Geschwindigkeit des Quecksilberzuflusses müssen im Gleichgewicht stehen, damit keine Störungen auftreten. Der Quecksilberzufluss wird durch ein bremsendes Kapillarrohr geregelt, welches leicht teilweise oder vollkommen verlegt wird. Ein allmähliches Verlegen kann unbemerkt erfolgen, so dass nach einiger Zeit Ergebnisse geliefert werden, die dem tatsächlichen Sauerstoffgehalt der Flüssigkeit nicht entsprechen. Auch die Stärke des Quecksilber-Durchflusses kann unter den Betriebsbedingungen dieser Anlagen nicht konstant gehalten werden, so dass das Gerät nicht ohne Aufsicht arbeiten kann.
Das Quecksilber wird aus dem Messraum so befördert, dass kleine Tröpfchen von dem Strom der zu analysierenden Flüssigkeit mitgenommen werden. Dies hat jedoch zur Folge, dass Quecksilber aus der Apparatur austritt, obzwar dagegen Vorkehrungen getroffen werden. Diese bestehen darin, dass das Rohr, durch welches das Quecksilber und die Probe fliessen, zweifach gekrümmt ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Messbereich der üblichen Analysatoren für die
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heutigen Anforderungen der Technik in der Wasseraufbereitung viel zu gross ist. Eine Erhöhung der Empfindlichkeit, die durch Vergrösserung der Elektrodenoberflächen erzielt werden kann, würde jedoch eine entsprechende Vergrösserung der beschriebenen Fehler verursachen, so dass der Analysator wieder nur für eine grobe, informative Messung verwendet werden könnte. Die heutigen Analysatoren, die mit einer grösseren Genauigkeit arbeiten, haben wieder infolge ihrer grossen Abmessungen den Nachteil eines grossen Raumbedarfes.
Die angeführten Nachteile beseitigt die erfindungsgemässe Vorrichtung. Der elektrochemische Analysator zum Messen des Sauerstoffgehaltes in entgastem Wasser ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Eisenanode und der Quecksilberkathode eine Membran vorgesehen ist. Die Membran ist so zwischen Eisenanode und Quecksilberkathode angeordnet, dass zwischen der Membran und der Eisenanode ein freier Raum verbleibt, in dem sich die zu analysierende Flüssigkeit befindet. Die Membran kann auch direkt auf die Oberfläche der Eisenandoe aufgelegt sein.
Der Gegenstand der Erfindung wird in zwei möglichen Alternativen dargestellt. In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der zwischen der Membran und der Eisenanode die zu analysierende Flüssigkeit hindurchfliesst. In Fig. 2 liegt die Membran auf die Eisenanode direkt auf.
Bei der Alternative gemäss Fig. l dient das Rohr --1-- dem Zufluss der zu analysierenden Flüssigkeit und hat am unteren Ende eine Glasfritte--2--, die in die Quecksilberkathode --3-- in der Membran --4-- eintaucht. In die Quecksilberkathode --3-- taucht auch der Kathodenkontakt --8-- ein. Der Raum über der Quecksilberkathode --3-- ist durch das Verbindungsrohr-5-
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--6----3--.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 arbeitet folgendermassen :
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Strom fliesst dabei in Richtung von der Quecksilberkathode --3-- durch die Membran --4-- und die analysierte Flüssigkeit --10-- zur BEisenanode --6--,
In Fig. 2 ist die zweite Alternative veranschaulicht. Am unteren Ende der Vorrichtung befindet sich das Rohr--l--für den Zufluss der Flüssigkeit --10--, über dem Rohr--l--ist die
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--2-- angeordnet,--4-- zur Eisenanode--6--. Falls in der analysierten Flüssigkeit kein Sauerstoff vorhanden ist, wird die Quecksilberkathode --5-- durch Wasserstoff polarisiert, was ein Verschwinden des elektrischen Stromflusses zur Folge hat. Bis zu einer Sauerstoffmenge von 0, 3 mg O2/1 besteht eine lineare Abhängigkeit zwischen O2-Menge und Strom.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen besteht vor allem darin, dass durch Benutzung der Membran--4--der Zirkulationskreis des Quecksilbers beseitigt wird, wodurch die Hauptfehlerquelle entfällt. Die Wiederherstellung der aktiven Quecksilberoberfläche wird durch das Durchdringen des Quecksilbers durch die zu analysierende Flüssigkeit bewirkt. Die Membran ermöglicht eine sehr leichte und einfache Erhöhung der Empfindlichkeit durch Verringerung der Entfernung zwischen Anode und Kathode, wodurch der innere Widerstand sinkt. Die Verwendung einer Membran ermöglicht die praktische Verringerung der Elektrodenentfernung auf die Membrandicke, die ungefähr der Papierstärke entspricht.
Gemeinsam mit einer grösseren Quecksilbermenge (es vergrössert sich die Kathodenfläche), wird eine
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Vergrösserung der Empfmdlichkeit um ein Mehrfaches erzielt. Dies ermöglicht die Einführung mehrerer Messbereiche.
Die Membran vermindert gleichzeitig bedeutend die Korrosion der Eisenanode-6--. Da das Quecksilber nicht in Tröpfchen aufgeteilt wird, gelangt es nicht in den Auslass. Falls die zu analysierende Flüssigkeit in den elektrochemischen Analysator durch eine Pumpe befördert wird, entfällt die zweite Fehlerquelle, der ungleichförmige Durchfluss. Die Störungsanfälligkeit des Gerätes wird auf ein Minimum herabgesetzt. Ein derartig verbesserter Analysator benötigt während des Betriebes keine ständige Aufsicht, denn die Kontrolle der richtigen Quecksilberzirkulation und der Stärke des Durchflusses entfallen. Ausserdem hat der Analysator bei grösserer Genauigkeit den Vorteil geringerer Abmessungen.
Der erfindungsgemässe elektrochemische Analysator kann vor allem bei Einrichtungen zur Energiegewinnung Anwendung finden, wo er die Kontrolle des Sauerstoffgehaltes im aufbereiteten Industriewasser wesentlich verbessern, genauer gestalten und in vielen Fällen überhaupt erst ermöglichen kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrochemischer Analysator zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in entgastem Wasser, dessen Messeinrichtung aus einer elektrochemischen Zelle mit einer Eisenanode und einer
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