CH618271A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur temperaturkompensierten Messung der Lösungskonzentration mittels Ultra- 40 schallmesser und eine Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 2.

Das Messen von Stoffkonzentrationen und ein nachträgliches Regeln auf einen Sollwert sind wichtige Vorgänge bei allen 45 Arten chemischer Prozesse. Stoffkonzentrations-Ultraschall-messer besitzen Eigenschaften, die sie für eine Anwendung in selbsttätigen Regelkreisen als Messumformer geeignet machen. Der eigentliche Mess-Fühler des Ultraschallmessers kann direkt in der Proben-Flüssigkeit angeordnet werden und benötigt 51) keine Bedienung, d.h. er arbeitet selbsttätig mittels eines Impulsverfahrens mit hoher Wiederholungsfrequenz, so dass er praktisch ununterbrochen Angaben über den Stand der betreffenden Flüssigkeit liefert. Zur Messung wird die Abhängigkeit der Ultraschallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit von deren 55 Zusammensetzung, insbesondere der Konzentration in Lösungen, ausgenutzt

Die Temperaturabhängigkeit der Ultraschallgeschwindigkeit im Untersuchungsmedium ist für die Mehrzahl der Flüssigkeiten bis zu den sogenannten kritischen Temperaturen linear. w) Für verschiec ene Stoffe und Konzentrationen gibt es zwei Hauptarten \ in Temperaturabhängigkeiten für den erfassten Konzentratic nsbereich:

Die Temneraturabhängigkeit der Ultraschallgeschwindigkeit bei Stoffe erster Art ist für einen gegebenen Konzentra- (l5 tionsbereich dieselbe, da die einzelnen Abhängigkeiten als Gerade parallel zueinander verlaufen, wie z.B. bei den wässri-gen Lösungen von H2S04, NaOH, Glyzerin od. dgl.

Die Steigungen der Geraden bei Stoffe der zweiten Art sind für jede Konzentration einer gegebenen Lösung unterschiedlich.

Zudem ändert sich in einem verhältnismässig engen Bereich ■ der Konzentration das Vorzeichen derTemperaturabhängig-keit, z.B. Salpetersäure 20 — 30 %, Ammoniakwasser od. dgl.

Die Kompensation des Einflusses der Temperatur bei Lösungen der Temperaturabhängigkeit erster Art wird nicht einheitlich durchgeführt. Es gibt z.B. Verfahren, die auf Einfüh-1 ren eines Korrekturfaktors in das Ausgangssignal entsprechend der Temperaturänderung beruhen. Ein weiteres Verfahren benutzt zum Ermitteln der Konzentration und zur Kompensation des Temperatureinflusses eine auf gleicher Temperatur wie die Proben-Flüssigkeit gehaltene Referenz-Lösung. Die Unterschiede der Ultraschallgeschwindigkeit in den beiden Lösungen im Laufe der Zeit werden somit nur bei Änderung der Konzentration beeinflusst.

Bei Lösungen mit der Temperaturabhängigkeit zweiter Art kann aber wegen der Änderung der Steigung der Geraden die erwähnte Kompensation nicht angewendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Temperatur-kompensations-Verfahren für Lösungsmittelkonzentrations-Ultraschallmesser sowie einen Temperaturkompensator zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem eine Kompensation des Temperatureinflusses bei allen Lösungen ermöglicht wird, die eine Temperaturabhängigkeit erster und zweiter Art besitzen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Temperatur-kompensations-Verfahren und bei einem Temperaturkompensator der eingangs genannten Art erfindungsgemäss wie im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 angegeben.

Ein erster Vorteil des erfindungsgemässen Temperaturkom-pensations-Verfahrens und des Temperaturkompensators ist, dass eine Kompensation des Einflusses der Temperatur von Lösungen mit der Temperaturabhängigkeit zweiter Art ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Kompensation ohne Änderungen auch für Lösungen mit der Temperaturabhängigkeit erster Art gesichert ist, da für parallele Abhängigkeiten dieselbe Funktionsverhältnisse gelten. Ein weiterer Vorteil des Temperaturkompensators ist die Möglichkeit einer kontinuierlichen Überwachung der Konzentration bei technologischen Vorgängen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer temperaturkompensierten Messanordnung und

Fig. 2 den Verlauf verschiedener elektrischer Signale an einzelnen Punkten der Messanordnung nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 abgebildete Temperaturkompensator für Lösungskonzentrations-Ultraschallmesser besitzt einen Fühler 2 für eine Proben-Lösung, der an einen Eingangsanschluss 10 eines ersten Subtrahierers 4 angeschlossen ist, einen Fühler 1 für eine erste Bezugslösung mit maximaler Ultraschallgeschwindigkeit, der an den zweiten Eingangsanschluss 12 des ersten Subtrahierers 4 und an einen ersten Eingangsanschluss 13 eines zweiten Subtrahierers 5 angeschlossen ist, und einen Fühler für eine zweite Bezugslösung mit minimaler Ultraschallgeschwindigkeit, der an den anderen Eingangsanschluss 11 des zweiten Subtrahierers 5 angeschlossen ist, wobei der Ausgang des ersten Subtrahierers 4 an den Eingang eines ersten Zeitintervall-Span-nungs-Wandlers 6 und der Ausgang des zweiten Subtrahierers 5 an den Eingang eines zweiten Zeitintervall-Spannungs-Wand-lers 7 geschaltet ist, dessen Ausgang an einen Eingangsanschluss eines Dividierers 8 angeschlossen ist. Der Ausgang des ersten Zeitintervall-Spannungs-Wandlers 6 ist an den anderen Eingangsanschluss des Dividierers 8 angeschlossen, dessen Ausgang an ein Anzeigegerät 9 angeschlossen ist.

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Vom Fühler 1 für die erste Bezugslösung, vom Fühler 2 für die Proben-Lösung und vom Fühler 3 für die zweite Bezugslösung werden Impulse geliefert, deren Länge der Ultraschallim-puls-Fortpflanzungszeit gemäss den Kurven a, für Fühler 2, b, für Fühler 1, c, für Fühler 3 in Fig. 2 entspricht.

Im ersten Subtrahierer 4 wird die Differenz zwischen der Impulsdauer vom Fühler 1 für die erste Bezugslösung und der Impulsdauer vom Fühler 2 für die Proben-Lösung so bestimmt, dass an dessen Ausgang ein Differenzimpuls gemäss der Kurve d auftritt.

Im zweiten Subtrahierer 5 wird die Differenz zwischen der Impulsdauer vom Fühler 1 für die erste Bezugs-Lösung und vom Fühler 3 für die zweite Bezugs-Lösung derart bestimmt, dass an dessen Ausgang ein Signal gemäss der Kurve e auftritt.

Im ersten Zeitintervall-Spannungs-Wandler 6 und im zweiten Zeitintervall-Spannungs-Wandler 7 wird die erwähnte Zeitintervall-Spannungs-Umsetzung durch Integration gemäss den Kurven f und g derart ausgeführt, dass an den Ausgängen entsprechende Spannungen U) bzw. U2 auftreten.

Im Dividierer 8 wird dann die Verhältnisbildung der beiden s Spannungen U2/U, analog derart vorgenommen, dass am Ausgang eine normierte Gleichspannung (U) erscheint, die durch das Anzeigegerät 9 derart eingestellt bzw. geeicht wird, dass es bei einer Konzentration der Proben-Lösung, die identisch mit der Konzentration der ersten Bezugslösung (mit maximaler io Ultraschallgeschwindigkeit) ist, Nullausschlag und bei einer Konzentration der Proben-Lösung, die identisch mit der Konzentration der zweiten Bezugslösung (minimaler Ultraschallgeschwindigkeit) ist, maximalen Ausschlag zeigt.

! Im übrigen bezeichnen in Fig. 2 die Grössen t,, t2 und t3 verschiedene Zeitpunkte, die Anfang und/oder Ende der Impulse gemäss den Kurven a bis e festlegen.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

618 271 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur temperaturkompensierten Messung der Lösungskonzentration mittels Ultraschall, bei dem der Unterschied der gemessenen Zeitintervalle, die der Ultraschallgeschwindigkeit in der zu untersuchenden Lösung und in einer auf gleicher Temperatur befindlichen Bezugslösung entsprechen, ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bezugslösungen — eine mit maximaler Ultraschallgeschwindigkeit und die andere mit minimaler Ultraschallgeschwindigkeit - verwendet werden, dass zwei Zeitintervallsunterschiede (d, e) aus den gemessenen Zeitintervallen für die zu untersuchende Lösung (a) und die beiden Bezugslösungen (b, c) ermittelt werden, die dann gegenseitig dividiert (f/g) werden.

2. Messanordnüng zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem ein Ultraschall-Laufzeit-Messfühler der zu i untersuchenden Lösung und ein gleicher Messfühler einer auf gleicher Temperatur befindlichen Bezugslösung an die beiden Eingänge eines Subtrahierers angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer gleicher Messfühler (3) zur Ultraschall-Laufzeit-Messung in einer zweiten Bezugslösung ; vorgesehen ist, wobei die Ultraschallgeschwindigkeit in einer Bezugslösung maximal, in der anderen minimal ist, dass der zur einen Bezugslösung gehörende Messfühler (1), der an den einen Eingang (12) des genannten Subtrahierers (4) angeschlossen ist, an einen Eingang (13) eines zweiten Subtrahierers (5) ange- : schlössen ist, mit dessen anderem Eingang (11) der weitere Messfühler (3) verbunden ist, und dass der Ausgang des ersten Subtrahierers (4) an den Eingang eines ersten Zeitintervall-Spannungs-Wandlers (6) und der Ausgang des zweiten Subtrahierers (5) an den Eingang eines zweiten Zeitintervall-Span- .i nungs-Wandlers (7), der Ausgang des ersten Zeitintervall-Spannungs-Wandlers (6) und der Ausgang des zweiten Zeitintervall-Spannungs-Wandlers (7) an die Eingangsanschlüsse eines Dividierers (8) und dessen Ausgang an ein Anzeigegerät (9) angeschlossen sind. ■