DE2149755A1

DE2149755A1 - Measuring liquid conc or temp - using reference liquid coupled by onsager effect

Info

Publication number: DE2149755A1
Application number: DE19712149755
Authority: DE
Inventors: Dr Roche Ulrich La
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1971-10-05
Filing date: 1971-10-05
Publication date: 1973-04-12

Abstract

Method of determining the temp. and/or other associated parameters or changes therein of a liquid specimen uses the temp. gradient produced between this specimen and a second liquid (reference liquid) which is thermally coupled by vapour phase osmosis to the first; the second liquid is spread in the form of a film, and either this film or a third liquid coupled to it or to the specimen liqiud by thermal conductance is used for regulating the light of an optical system; this light is then used as an indicator for the values or parameters under investigation. Pref., the thin support on which the liquid subjected to the light effect is spread is of polyester, methacrylate or epoxy resin, or alternatively, a thin low-conducting membrane e.g. of glass or ceramics.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Konzentration und/oder der Temperatur von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung und/oder Messung der Temperatur und/oder von solchen Grössen oder deren Veränderungen einer im folgenden als Probeflüssigkeit bezeichneten Flüssigkeit, welche die Ausbildung eines Temperaturgradienten zwischen der Probeflüssigkeit und einer mit dieser thermisch, vorzugweise durch Dampfphasenosmose gekoppelten zweiten Flüssigkeit bewirken.Method and device for measuring the concentration and / or the Temperature of liquids The invention relates to a method for determining and / or measurement of the temperature and / or of such variables or their changes a liquid referred to below as sample liquid, which the training a temperature gradient between the sample liquid and one with this thermal, bring about preferably coupled by vapor phase osmosis second liquid.

Neben der Temperatur selbst können mit einem solchen Verfahren alle diejenigen Grössen untersucht werden, welche mit einem Wärmeenergietransport zwischen den beiden Flüssigkeiten verbunden sind, beispielsweise also die Konzentration der Probeflüssigkeit im Vergleich zur - Konzentration der zweiten Flüssig~ keit. Bekanntlich bewirken ja Konzentrationsunterschiede zwischen zwei durch Dampfphasenosmose gekoppelten Flüssigkeiten durch die ONSAGERsche KoppLung von Diffusion und Wärmeleitung die Ausbildung eines Temperaturgradienten zwischen den beiden Flüssigkeiten.In addition to the temperature itself, everyone can use such a procedure those quantities are investigated which are associated with a heat energy transport between the two liquids are connected, for example the concentration of the Sample liquid compared to the - concentration of the second liquid. As is well known cause concentration differences between two by vapor phase osmosis coupled liquids through ONSAGER's coupling of diffusion and heat conduction the formation of a temperature gradient between the two liquids.

Zur Messung der Konzentration von Flüssigkeiten ist ein dem oingangs beschriebenen Verfahren ähnliches Verfahren hekannt, welches sich ebenfalls der ONSAGERschen Kopplung in Form der Dampfphasenosmose bedient und bei welchem die Temperatur einer Probeflüssigkeit unbekannter Konzentration mit der Temperatur einer Referenz:flüssigkeit bekannter Konzentration verglichen wird. Die beiden Flüssigkeiten werden in einem gemeinsamen Dampfraum auf je einen Temperatursensor, z.B. auf Thermistoren gesprüht. Aufgrund der Abhängigkeit des Dampfdrucks von der Konzentration der Beimengung der Probeflüssigkeit stellt sich im Gleichgewichtszustand eine entsprechende Temperaturdifferenz ein. Diese Temperaturdifferenz ist von der Geometrie der mit den Temperatur sensoren in unmittelbaren Kontakt stehenden Flüssigkeiten abhängig. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass repräsen-tative und reproduzierbarke Messungen stets einer genauen Reproduktion der Geometrie bedürfen. Als weitere Nachteile sind zu nennen, die durch die relativ grosse Wärmekapazität der Thermistoren gegebene Wärmeträgbeit, die durch die gleichen Ursachen bedingten relativ grossen Probenmengen, die für jede Messung benötigt werden und die wegen der Abhängigkeit des Dampfdrucks von der Temperatur erforderliche Konstanthaltung der Temperatur der ganzen Anordnung.To measure the concentration of liquids, the oingangs procedure described similar procedure, which is also the ONSAGER's coupling in the form of vapor phase osmosis and in which the Temperature of a sample liquid of unknown concentration with the temperature of a Reference: liquid of known concentration is compared. The two liquids are each in a common steam room on a temperature sensor, e.g. on thermistors sprayed. Due to the dependence of the vapor pressure on the concentration of the admixture the sample liquid is subject to a corresponding temperature difference in the equilibrium state a. This temperature difference is due to the geometry of the temperature sensors liquids in direct contact. This results in the Disadvantage that representative and reproducible measurements are always accurate Need to reproduce the geometry. Other disadvantages to be mentioned are those caused by the relatively large heat capacity of the thermistors given heat transfer, which by the same causes resulted in relatively large amounts of sample required for each measurement are needed and because of the dependence of the vapor pressure on the temperature required keeping the temperature of the whole arrangement constant.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Flüssigkeit in Form eines Filmes ausgebreitet wird, dass dieser Flüssigkeitsfilm oder ein mit ihm oder mit der Probeflüssigkeit durch Wärmeleitung gekoppelter Film einer dritten Flüssigkeit zur Steuerung des Lichtes eines optischen Systems herangezogen wird, und dass das so gesteuerte Licht als Indikator, bzw. als Mass für die untersuchten Grössen der Piobeflüssigkeit dient.The invention avoids these disadvantages and is characterized in that the second liquid is spread out in the form of a film will, that this liquid film or one with it or with the sample liquid through Thermal conduction coupled film of a third liquid to control the light an optical system is used, and that the so controlled light as Indicator or as a measure for the examined variables of the Piobefliquid is used.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch zumindest einen flächigen Träger, welcher so im Strahlengang des optische Systems angeordnet ist, dass ein darauf ausgebreiteter die Lichsteuerschicht dieses Systems bildet.The invention further relates to a device for performing the mentioned procedure. This device is characterized by at least one flat carrier, which is arranged in the beam path of the optical system, that a spread on it forms the light control layer of this system.

Da der Träger und der darauf ausgebreitete Film ausserordentlich dünn gewählt werden können und somit eine äusserst geringe Wärmekapazität besitzen, arbeitet die erfindungsgemässe Vorrichtung praktisch trägheitslos. Weitere Vor-teile sind der geringe Bedarf an Probemenge, die hohe Empfindlichkeit uild die Möglichkeit, ohne Eingriff in das Messgut messen zu können.Because the carrier and the film spread on it are extremely thin can be selected and thus have an extremely low heat capacity, works the device according to the invention practically inertia. Further advantages are the small amount of sample required, the high sensitivity and the possibility of being able to measure without interfering with the material to be measured.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 einen Ausschnitt von Fig. 1, Fig. 3 eine erste Variante zu Fig. 2, Fig. 4 eine zweite Variante zu Fig. 2, Fig. 5a,b zwei Varianten zu Fig. 1, Fig. 6 einen Ausschnitt von Fig. 5, Fig. 7-9 verschiedene Ausführungsbeispiele eines Probenträgers, Fig. 10 eine dritte Variante zu Fig. 2t Fig. 11 eine weitere Variante zu Fig. 1.In the following the invention is illustrated by way of example with reference to the figures explained in more detail; The figures show: FIG. 1 a schematic representation of a device according to the invention Device, FIG. 2 a detail from FIG. 1, FIG. 3 a first variant of FIG. 2, Fig. 4 shows a second variant of Fig. 2, Fig. 5a, b two variants 1 and 6 show a detail from FIG. 5, FIGS. 7-9 different exemplary embodiments a sample carrier, FIG. 10 a third variant of FIG. 2t, FIG. 11 another Variant of Fig. 1.

Gemäss Fig. 1 wirkt eine auf einem Probenträger 1 ausgebreitete Probeflüssigkeit 2, deren Konzentration gemessen werden soll, über einen Gasspalt 3 auf eine auf einem Träger 4 ausgebreitete Referenzflüssigkeit 6 bekannter Konzentration ein. Der Träger 4 ist an seiner der Referenzfliissigkeit abgewandten Seite mit einem Spiegelbelag 7 versehen, auf welchem Spiegelbelag eine Steuerschicht 5 ausgebreitet ist. Zur Sichtbarmachung der infolge des Sonzentrationsunterschiedes zwischen' Probe- und Referenzflüssigkeit entstehenden Oberflächendeformàtion der Steuer schicht 5 dient eine Lichtquelle 16, deren Strahlen auf die Steuerschicht geworfen und an deren Rückseite von der am Träger 4 aufgebrachten Spiegel schicht 7 reflektiert werden. Die Lichtstrahlen werden anschliessend in einer Linse 19 gebündelt und einer Schlierenoptik 20 zugeführt, wobei jene Strahlen, z.B. 18 und 18', welche an undeformierten Stellen der Steuerschicht auftreffen, auf den Barren der Schlierenoptik geworfen und somit für das Auge 21 unsichtbar bleiben, wogegen jene Strahlen, z.B. 17, 17' und 17", die an deformierten Stellen der Steuerschicht auftreffen und anders gebeugt werden als die an undeformierten Stellen auftreffenden, als Bildpunkte ausserhalb des Barrens und symmetrisch zu diesem erscheinen. Je grösser die Deformation der Steuerschicht 5 ist, desto stärker ist dabei die Beugung der Lichtstrahlen der Lichtqllelle 16 und des-to heller erscheinen die Bildpunkte 17' und 17".According to FIG. 1, a sample liquid spread on a sample carrier 1 acts 2, the concentration of which is to be measured, to a gas gap 3 a reference liquid 6 of known concentration spread out on a carrier 4. The carrier 4 is on its side facing away from the reference liquid with a Mirror coating 7 is provided, on which mirror coating a control layer 5 is spread is. To make visible the difference between the 'sample' surface deformation of the control layer 5 resulting from the reference liquid a light source 16 is used, the rays of which are thrown onto the control layer and switched on the back of the mirror layer 7 applied to the carrier 4 is reflected will. The light beams are then bundled in a lens 19 and one Schlieren optics 20 supplied, with those rays, e.g. 18 and 18 ', which at undeformed Points hit the control layer, thrown onto the bar of the streak optics and thus remain invisible to the eye 21, whereas those rays, e.g. 17, 17 ' and 17 ", which impinge on deformed points of the control layer and bent differently are seen as those that hit the undeformed points, as pixels outside of the ingot and appear symmetrical to it. The greater the deformation of the Control layer 5, the stronger the diffraction of the light rays Light source The image points 17 'and 17 "appear lighter and therefore lighter.

Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende: Eine Verunreinigung mit der molaren Konzentration MV zieh-t in einer Lösung des Molekulargewichtes M des Dampfdruckes p und der Dichte g eine Dampfdruckanderung dp nach sich, welche durch folgende Formel bestimmt ist: dp = f( = p MMy Wenn zwei Flüssigkeiten durch eine gemeinsame Dampfphase gekoppelt sind, dann stellt sich zwischen ihnen ein Gleichgewichtszustand ein, in welchem die Summe aller Dampf ströme gleich Null ist. Dieser Gleichgewichtszustand wird durch eine Verunreinigung in einer der beiden Flüssigkeiten wie oben angegeben gestört. Da eine Dampfdruckänderung dp eine entsprechende Temperaturänderung dT bedingt, deren Grösse durch die CLAUSIUS-CLlVPEYRONsche Gleichung gegeben ist: dp dT = k. (k ist eine Konstante), p T² so resultiert in diesem gestörten Gleichgewichtszustand ein Netto-Transport von Dampf und damit Wärmeenergie nach einer Richtung.The functioning of the device described is as follows: An impurity with the molar concentration MV pulls in a solution of the Molecular weight M of the vapor pressure p and the density g a change in vapor pressure dp after itself, which is determined by the following formula: dp = f (= p MMy If two Liquids are coupled by a common vapor phase, then it arises between them a state of equilibrium in which the sum of all steam flows equals zero. This state of equilibrium is caused by an impurity in one of the two liquids is disturbed as indicated above. Because a change in vapor pressure dp causes a corresponding temperature change dT, the size of which is determined by the CLAUSIUS-CLlVPEYRON Equation is given: dp dT = k. (k is a constant), p T² so results in this disturbed state of equilibrium results in a net transport of steam and thus thermal energy in one direction.

Aus diesen Ueberlegungen folgt die schon bei den bekannten Ebulliometern angewandt Tatsache, dass sich zwischen zwei Lösungen verschiedener Konzentration, welche durch Dampfphasenosmose in Kontakt stehen, eine Temperaturdifferenz einstellt. Wenn man die Temperatur des Probenträgers 1 und damit der Probenflüssigkeit 2 konstant hält, dann wirkt sich die durch Konzentrationsänderung in der Probenflüssigkeit 2 zwischen Proben- und Referenzflüssigkeit entstehende Temperaturänderung voll in der Referenzflüssig'keit aus.This already follows from these considerations for the known ebulliometers applied fact that between two solutions of different concentration, which are in contact by vapor phase osmosis, sets a temperature difference. If you keep the temperature of the sample carrier 1 and thus the sample liquid 2 constant then the changes in the concentration in the sample liquid have an effect 2 temperature change occurring between sample and reference liquid fully in the reference liquid.

Die diese Temperaturänderung verursachende durch Damp fdiffusion in die ReferellzZltissigkeit transportierte Wärmeenergie wird durch Wärmeleitung an den Trager 4 abgegeben und bewirkt infolge der Abhangigkeit der Oberflachenspannung von der Temperatur eine entsprechende Deformation der Steuerschicht 5, welche wie bereits erwähnt schlierenoptisch sichtbar gemacht wird. Daraus folgt, dass nicht unbedingt, so wie in Fig. 1 dargestellt, die Probeflüssigkeit in Form eines Filmes ausgebreitet zu sein braucht. Es genügt vielmehr auch, die Probeflüssigkeit in ein beliebiges offenes Gefäss einzubringen. In der Praxis hat sich aber die Art der Ausbreitung der Probeflüssigkeit in Form eines Filmes auf einen flächigen Träger als äusserst vor-teilhaft erwiesen.The temperature change caused by vapor diffusion in The thermal energy transported is referred to as conduction released the carrier 4 and caused due to the dependence of the surface tension from the temperature a corresponding deformation of the control layer 5, which how already mentioned streak optically visible. It follows that not necessarily, as shown in Fig. 1, the sample liquid in the form of a film needs to be spread out. Rather, it is also sufficient to pour the sample liquid into a to bring in any open vessel. In practice, however, the type of Spread of the sample liquid in the form of a film on a flat carrier proved to be extremely advantageous.

Es liegt auf der Hand, dass sich die beschriebene Vorrichtung auch dazu eignet, Temperaturen zu messen. Sowie sich nämlich die Temperatur der Probeflüssigkeit von derjenigen der Referenzflüssig keit unterscheidet, kommt es zu einem Netto-Dampftransport in einer Richtung, welcher versucht, die Temperaturdifferenzen auszugleichen.It is obvious that the device described is also suitable for measuring temperatures. As well as the temperature of the sample liquid differs from that of the reference liquid, there is a net vapor transport in a direction that tries to compensate for the temperature differences.

Dieser Dampftransport bzw. der damit verbundene Transport von Wärmeenergie hat wiederum eine Deformation der Oberfläche der Steuerschich-t zur Folge.This vapor transport or the associated transport of thermal energy in turn results in a deformation of the surface of the control layer.

Den angeführten Ueberlegungen liegt die Annahme zugrunde, dass zwei Flüssigkeiten verschiedener Konzentration oder verschiedener Temperatur durch Dampfphasenosmose gekoppelt sind. Die Dampfphasenosmose ist aber nur ein Fall ONSAGERscher Kopplung, ein anderer Fall ist der sogenannte DUFOUR-Effekt. Dieser Effekt beruht darauf, dass in einer Flüssigkeit mit örtlich verschiedenen Konzentration an den "Konzentrationssprungstellen" ein mit einem Wärmetransport verbundener Diffusionsprozess stattfindet. Ebenso findet in einer Flüssigkeit mit Orten verschi.edener Temperatur an den "Temperatursprungstellen" ein Wärmetransport statt. Zur Untersuchung solcher Flüssigkeiten genügt es also, auf der einen Seite eines flächenartigen Trägers, beispielsweise des Probenträgers 1, die Probeflüssigkeit 2 und auf der anderen Seite die Steuer schicht 5 auszubreiten. Die beiden Flüssigkeitsschichten sind in diesem Fall über den Probenträger 1 durch Wärmeleitung gekoppelt und die Diffusionsvorgänge an den "Konzentrations-" oder "Temperatursprungstellen" der Probeflüssigkeit bedingen entsprechende Deformationen der Steuerschichtoberfläche. Der DUFOUR-Effekt ist allerdings um Grössenordnungen kleiner als der durch Dampfphasenosmose bedingte Effekt und cr eignet sich ausserdem nicht zur Messung der in der ganzen Probtrlüs.sigkeit konstanten Temperatur oder Konzentration, sondern bloss zum Nachweiss bzw. zur Messung von Temperatllr- oder Konzen trationsänderungel1 innerhalb der Probeiliisslgkeit.The above considerations are based on the assumption that two Liquids of different concentrations or different temperatures through vapor phase osmosis are coupled. The vapor phase osmosis is only a case of ONSAGER coupling, another case is the so-called DUFOUR effect. This effect is based on that in a liquid with locally different concentration at the "concentration jump points" a diffusion process associated with heat transport takes place. Likewise takes place in a liquid with places of different temperature a heat transfer takes place at the "temperature jump points". To investigate such Liquids, it is sufficient, on one side of a sheet-like carrier, for example the sample carrier 1, the sample liquid 2 and on the other side the control layer 5 to expand. The two layers of liquid are in this Case coupled via the sample carrier 1 by conduction and the diffusion processes at the "concentration" or "temperature jump points" of the sample liquid corresponding deformations of the control layer surface. The DUFOUR effect is, however orders of magnitude smaller than the effect caused by vapor phase osmosis and In addition, cr is not suitable for measuring the constant in the entire sample liquid Temperature or concentration, but only for the detection or measurement of Changes in temperature or concentration within the range of possibilities.

Auch bei dem oben beschriebenen Fall der durch Dampfphasenosmose gekoppelten beiden Flüs;iigkeiten sind die beiden Fälle, Messung der iIl der Probeflüssigkeit konstanten Konzentration oder Temperatur und Messung von Aenderungen dieser Grössen innerhalb der Probeflüssigkeit zu unterscheiden. Im ersten Fall findet ja ein über die ganze Fläche der beiden einander gegenüberstehenden Flüssigkeiten konstanter Dampftransport statt, der infolge seiner Konstanz über die ganze Fläche keine Deformation der ISteuerschichtoberfläche bewirkt. In diesem Fall muss mit Hilfe eines von der Referenzflüssigkeit angeordneten Rasters eine örtlich variable Stärke des Diffusionsstromes geschaffen werden. Für die Periode des Rasters gilt die Bedingung, dass sie grösser sein muss als der hbstand der beiden Flüssigkeiten. Dieser Abstand wiederum ist in dass im Gas spalt laminare Strömungsverhältnisse herrschen und, weiten Grenzen variabel, es ist nur zu beachten,idass die lineare Ausdehnung der Referenzflüssigkeit und damit der Steuerschicht mindestens ebenso gross sein muss wie der Abstand der beiden Flüssigkeiten. Im zweiten Fall, bei der Messung von Konzentrations- oder Temperaturunterschieden innerhalb der Probeflüssigkeit, ist die Anbringung eines Rasters nicht unbedingt erforderlich, da ja das Konzentrations- bzw. Temperaturfeld über die Probeflüssigkeit nicht homogen ist. An den Unstetigkeitsstellen dieses Feldes kommt es zu Deformationen der Steuerscichtoberfläche. Ob auch in diesem Fall ein Raster verwendet wird oder nicht, richtet sich nach der geforderten Messgenauigkeit. Für den Fall, dass nur die Grenzen oder Konturen örtlicher Konzentrationen oder Temperaturen beobachtet werden sollen, genügt eine Anordnung, welche keine gerasterte Deformation der Steuer schicht verursacht.Also in the case of the vapor phase osmosis coupled case described above Both liquids are the two cases measuring the iIl of the sample liquid constant concentration or temperature and measurement of changes in these quantities differentiate within the sample liquid. In the first case there is an over the whole area of the two opposing liquids is more constant Steam transport instead, as a result of its constancy over the whole Surface does not cause any deformation of the control layer surface. In this case must with the aid of a grid arranged by the reference liquid a locally variable Strength of the diffusion flow are created. The following applies to the period of the raster the condition that it must be greater than the distance between the two liquids. This distance is in turn in that laminar flow conditions in the gas gap prevail and, wide limits variable, it is only to be noted that the linear Expansion of the reference liquid and thus the control layer at least as well must be as large as the distance between the two liquids. In the second case, the Measurement of concentration or temperature differences within the sample liquid, the attachment of a grid is not absolutely necessary, since the concentration or temperature field is not homogeneous over the sample liquid. At the discontinuities this field leads to deformations of the control visual surface. Whether also in this one If a grid is used or not, depends on the required measurement accuracy. In the event that only the limits or contours of local concentrations or Temperatures are to be observed, an arrangement that is not screened is sufficient Deformation of the control layer caused.

In einem bevorzugten Ausfürhungsbeispiel ist der Träger 4 durch eine dünne Membran mit einer Dicke von etwa 2.-10-4 cm bis8. 10-4 cm gebildet, welche aus einem schlecht wärmeleitenden Material, z.B.In a preferred Ausfürhungsbeispiel the carrier 4 is through a thin membrane with a thickness of about 2-10-4 cm to 8. 10-4 cm formed which made of a poorly thermally conductive material, e.g.

aus einem keramischen oder glasartigen Werkstoff oder aus Kunststoff besteht. Die Steuer schicht 5 ist vorzugsweise durch einen -4 niederviskosen Flüssigkeitsfilm der Schichtdicke von etwa o,2lO cm bis lo.lo cm gebildet. Als besonders geeignet für den Flüssigkeitsfilm haben sich niederviskose Kohlenwasserstoffe wie Decan, hexan oder Oktan erwiesen, deren Viskosität zwischen 0,4 und 1 Ccntipoise liegt. Da die mittels der schlierenoptischen Abtastung noch messbaren Temperaturunterschiede in der Referenzflüssigkeit bei etwa 10 4 bis 10-6 6 o liegen, sind Verunreinigungen bzw. Konzentrationsänderungen von etwa 10 8 mit Probenmengen von 10 3 Gramm und Messzeiten von Sekunden messbar.made of a ceramic or glass-like material or made of plastic consists. The control layer 5 is preferably through a -4 low-viscosity liquid film the layer thickness of about 0.210 cm to 10.0 cm. As particularly suitable low-viscosity hydrocarbons such as decane, hexane or octane, the viscosity of which is between 0.4 and 1 centipoise. Since the temperature differences in of the reference liquid are around 10 4 to 10-6 6 o, are impurities or changes in concentration of about 10 8 with sample amounts of 10 3 grams and Measurement times can be measured in seconds.

Fig. 2 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt von Fig. 1 mit dem Probenträger 1, der Probenflüssigkeit 2, dem Gas spalt 3 und dem Träger 4. Auf dem Träger 4 ist der auf der dem Gasspalt zugewandten Seite die Referenzflüssigkeit 6 ausgebreitet und auf der dem Gasspalt abgewandten Seite der Spiegelbelag 7 aufgebracht. Auf letzterem ist die Steuerschicht 5 ausgebreitet.FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1 with the sample carrier 1, the sample liquid 2, the gas gap 3 and the carrier 4. On the carrier 4 is which spreads the reference liquid 6 on the side facing the gas gap and applied to the side facing away from the gas gap, the mirror coating 7. On the latter the control layer 5 is spread out.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante zu Fig. 2 dient der Proben-träger 1 gleichzeitig als Träger für die Steuerschicht 5. Bei dieser Ausgestaltung wird der Träger 4 der Referenzflüssigkeit 6 und damit auch diese selbst auf konstanter Temperatur gehalten, sodass sich die durch Konzentrationsänderung in der Probeflüssigkeit 2 zwischen Probe- und Referenzflüssigkeit en-ts-tehende Temperaturänderung voll in der Referenzflüssigkeit auswirkt. Die entsprechende Wärmeenergie wird durch Wärmeleitung über den Probenträger 1 und den Spiegelbelag 7 an die Steuerschicht 5 transportiert und bewirkt eine Deformation von deren Oberflache. Wenn man die Vorrichtung gemäss Fig. 3 durch Weglassen des Trägers 4 und der Referenzflüssigkeit 6 vereinfacht, dann ergibt sich eine Vorrichtung, mit welcher unter Ausnützung des DUFOUR-Effektes Aenderungen der Temperatur oder Konzentratrion iti der Probeflüssigkeit 2 nachgewiesen und gemessen werden können.In the variant of FIG. 2 shown in FIG. 3, the sample carrier is used 1 at the same time as a carrier for the control layer 5. In this embodiment the carrier 4 of the reference liquid 6 and thus also this itself at a constant level Maintained temperature so that the change in concentration in the sample liquid 2 Temperature change occurring between sample and reference liquid full in the reference liquid. The corresponding thermal energy is generated by conduction transported to the control layer 5 via the sample carrier 1 and the mirror coating 7 and causes deformation of their surface. If you use the device according to 3 simplified by omitting the carrier 4 and the reference liquid 6, then there is a device with which the DUFOUR effect is used Changes in the temperature or concentration iti of the sample liquid 2 detected and can be measured.

Bei der in Fig. 4 gezeigteii Variante zu Fig. 2, wird die Referenzflüssigkeit 6 gleichzeitig als Steuerschicht verwendet. Als Träger 4 der Referenzflüssigkeit bzw. der Steuerschicht braucht in diesem Fall keine Membran verwendet zu werden - wenn eine verwendet wird, dann brauch-t sie nicht mit einem Spiegelbelag versehen zu sein - sondern es genügt auch beispielsweise eine Glasplatte von einigen Millimetern Dicke. Diese Ausführungsform ist weniger aufwendig als die in Fig. 2 dargestellte und besitzt unter Umständen eine noch grössere Empfindlichkeit. Da aber die Oberfläche der Steuer schicht dem Gas spalt 3 zugewandt und deshalb Verunreinigungen wie Staub usw. ausgesetzt ist, ist diese Ausfüh.rungsform der in Fig. 2 dargestellten nur bedingt oder gar nich-t überlegen.In the variant of FIG. 2 shown in FIG. 4, the reference liquid is used 6 used as a control shift at the same time. As a carrier 4 of the reference liquid or the control layer does not need to be used in this case - If one is used, it does not need to be covered with a mirror to be - a glass plate of a few millimeters, for example, is also sufficient Thickness. This embodiment is less complex than that shown in FIG and may be even more sensitive. But there the surface the control layer facing the gas gap 3 and therefore contaminants such as dust etc. is exposed, this embodiment is that shown in Fig. 2 only conditionally or not at all superior.

Gemäss Fig. 5a und 5b kann die Messeinrich-tung ganz (Fig. 5a) oder teilweise (Fig. 5b) in einem gasdich-ten Behälter 22 angeordnet seinE wobei als Probenträger vorzugsweise ein von zwei Rollen 11 und 12 angetriebener bandförmiger Träger verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass der Druck im Gas spalt 3 und das Füllgas variiert werden können. Ausserdem kann mit dieser Anordnung ein Anlagerung von Verunreinigungen an der Oberfläche der Referenzflüssigkei-t bzw. der Steuerschicht verhindert werden. Eine Anlagerung von Verunreinigungen soll nach Möglichkeit immer vermieden werden, da Anlagerungen dieser Art die Oberflächen spannung verändern und damit zu einer Temperaturänderung in der betreffenden Fliissiglteit führen. Un-ter Verunreinigungen sind hier nicht nur Staubteilchen zu verstehen, sondern auch Moleküle der Damp?phase, die von der betreffenden Flüssigkeit adsobiert werden. Aus diesem Grund is-t es besonders vorteilhaft, wenn die Möglichkeit besteht, das Gas im Gasspalt den umgeben den Flüssigkeiten so anzupassen, das0 es zu keiner Adsorption von Gasmolekülen in den Flüssigkeiten kommen kann.According to FIGS. 5a and 5b, the measuring device can be entirely (FIG. 5a) or partially (Fig. 5b) in a gas-tight container 22 E being arranged as Sample carrier preferably a belt-shaped one driven by two rollers 11 and 12 Carrier is used. This has the advantage that the pressure in the gas gaps 3 and that Filling gas can be varied. In addition, this arrangement can cause an accumulation of impurities on the surface of the reference liquid or the control layer be prevented. An accumulation of impurities should always be avoided if possible must be avoided, as this type of build-up changes the surface tension and thus lead to a temperature change in the relevant liquid. In this context, contaminants are not only to be understood as dust particles, but also also molecules of the vapor phase that are adsorbed by the liquid in question. For this reason it is particularly beneficial when the possibility consists in adapting the gas in the gas gap to the surrounding liquids in such a way that it there can be no adsorption of gas molecules in the liquids.

Gemäss Fig. 6 wird auf den bandförmigen Probenträger 1 der Vorrichtung gemäss Fig. 5a oder Sb vorgängig der Probefiüssigkeit 2 ein Trägerfilm 13 aufgebracht. Auf den Trägerfilm wird die Probeflüssigkeit durch ein Rakel 8 aufgetragen. Der Trägerfilm 13, der beispielsweise durch eine Wegwerffolie gebildet sein kann, wird durch eine Abstreifvorrichtung 14 gleichzeitig mit oder nach dem Entfernen der Probeflüssigkeit vom Trägerfilm entfernt.According to FIG. 6, the tape-shaped sample carrier 1 of the device is applied According to FIG. 5a or 5b, a carrier film 13 is applied beforehand to the sample liquid 2. The sample liquid is applied to the carrier film by means of a doctor blade 8. Of the Carrier film 13, which can be formed, for example, by a disposable foil, is by a stripping device 14 simultaneously with or after the removal of the sample liquid removed from the carrier film.

Gemäss Fig. 7 ist der Probenträger 1 durch eine drehbare Scheibe gebildet, welche mit einem Rakel 8 zum kontinuierlichen Auftragen der Probenflüssigkeit 2, einem Abstreifer 9 zum Abstreifen der Probenflüssigkeit und einer Reinigungs- und Troclulirngsvorrichtung 10 ausgestattet ist.According to FIG. 7, the sample carrier 1 is formed by a rotatable disk, which with a doctor blade 8 for the continuous application of the sample liquid 2, a scraper 9 for scraping off the sample liquid and a cleaning and Troclulirngsvorrichtung 10 is equipped.

einem Gemäss Fig. 8 ist der Probenträger 1 mit1unterteilten Rakel 11 ausgestattet, durch welches gleichzeitig verschiedene Probeflüssigkeiten 2, 2', 2", usw. aufgetragen werden können. According to FIG. 8, the sample carrier 1 has a subdivided doctor blade 11, through which different sample liquids 2, 2 ', 2 ", etc. can be applied.

Gemäss Fig. 9 ist die Oberfläche des Probentragersl mit vorbestimmten Krümmungen verschen. Diese Krümmungen bewirken eine Aenderung der scheinbaren verdampfungstemperatur der Probenflüssigkeit 2 und simulieren damit eine Temperaturänderung, Diese Ausgestaltung des Probentragers ist also dann besonders vorteilhaft, wenn die Konzentration oder Temperatur der zu untersuchenden Probeflüssigkeit konstant@@st, @enn also in der Probenflüssigkeit keine "Konzentrations-" oder "Temperatursprünge" vorhanden sind. Für die Krtimlllullg gilt ähnlich wie für ein Raster die Bedingung, dass die Periode grösser sein muss als die Breite des Gasspaltes.According to Fig. 9, the surface of the sample carrier is predetermined Giving away curvatures. These curvatures cause a change in the apparent evaporation temperature of the sample liquid 2 and thus simulate a temperature change, this embodiment of the sample carrier is particularly advantageous when the concentration or Temperature of the sample liquid to be examined constant @@ st, @enn so in the Sample liquid no "concentration" or "temperature jumps" available. Similar to a grid, the condition applies to the Krtimlllullg, that the period must be greater than the width of the gas gap.

Fig. 10 zeigt eine Variante der Vorrich-tung gemäss Fig. 1 mit einem im Gasspalt 3 angeordneten Raster 15. Die Anbringung eines Rasters ist neben den schon angeführten Fällen auch dann notwendig, wenn beispielsweise das von der Steuerschicht 5 gesteuerte Licht der Beobachtungsoptik (Fig. 1) zur photoelektrischen Messung von Konzentrationen oder Temperatur auf einen photoelektrischen Wandler geworfen wird.FIG. 10 shows a variant of the device according to FIG. 1 with a in the gas gap 3 arranged grid 15. The attachment of a grid is next to the The cases already mentioned are also necessary if, for example, that of the control layer 5 controlled light of the observation optics (Fig. 1) for photoelectric measurement of concentrations or temperature thrown onto a photoelectric converter will.

In der in Fig. 11 darges-lellten Ausführungsform wird die Steuerschicht 5 durch flüssigc Kristalle gebildet. Darunter versteht man Substanzen, welche eine oder mehrere trübflüssige Phasen bilden können und in diesem Zustand anisotrope Eigenschaften zeigen: Von einer Lichtquelle 16 ausgesandtes und auf die Steuerschicht geworfenes Licht wird von dieser aufgrund von Streuprozessen selekpek-trale tiv reflektiert, wobei die reflektierte1 Komponente des Lichtes unter anderem von der Temperatur der Steuerschicht abhängt, was also bedeutet, dass die Farbe des reflektierten Lichtes eine Funktion der Temperatur der Steuerschicht ist. Im Strahlengang des reflektierten Lichtes ist ein Photodetektor 23 mit einer davor angeordneten drehbaren Filterscheibe 24 angebracht. Durch die relativ zu den einzelnen Farbfiltern der Filterscheibe bestimmte Lage des bei einer vollen Umdrehung der Filterscheibe auftretenden Intensitätsmaximums des reflektierten Lichtes lässt sich dessen Farbe genau bestimmcn. Diese Ausführung ist ausserordentlisch empfindlich und hat ausserdem den grossen Vorteil, dass sie keines @asters bedarf. Im übrigen können alle besprochenen Ausführungs- und Anordnungsvarianten auch auf die in Fig. 11 dargestellte Ausführungsform angewendet werden.In the embodiment shown in FIG. 11, the control layer 5 formed by liquid crystals. By this one understands substances, which one or several cloudy phases can form and are anisotropic in this state Properties show: emitted by a light source 16 and onto the control layer thrown light becomes selective due to scattering processes reflected, the reflected1 component of the light, among other things, from the Temperature of the control layer depends, which means that the color of the reflected Light is a function of the temperature of the control layer. In the beam path of the Reflected light is a photodetector 23 with a rotatable in front of it Filter disk 24 attached. Due to the relative to the individual color filters of the Filter disk specific position of the one that occurs with one full revolution of the filter disk The maximum intensity of the reflected light can be precisely determined by its color. These Execution is extremely sensitive and also has the great advantage of that she doesn't need @asters. In addition, all discussed implementation and arrangement variants are also applied to the embodiment shown in FIG. 11 will.

ills besonders gut geeignete flüssige Ki 1 talle haben sich die dem nematogen-cholesterinischen Typs angehörigen erwiessen, deren optische Aktivität um Olil Vielfaches grösser ist als die optische Aktivität aller sonst bekannten flüssigen oder auch fest-krIstallinen Systeme.ills particularly well suited liquid ki 1 tals have the dem nematogenic-cholesterol type, their optical activity Olil is many times greater than the optical activity of all otherwise known liquid or solid-crystalline systems.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird in kontinuierlicher Weise auf dem Probenträger aufgebrachte Probenflüssigkeit am Messteil bestehend aus Referenzflüssigkeit und Steuerschicht vorbeigeführt.In a preferred embodiment, it is carried out in a continuous manner Sample liquid applied to the sample carrier on the measuring part consisting of reference liquid and control shift passed.

Ist die Probenflüssigkeit z.B. am Ausgang einer Flüssigkeitschroma tographiesäule entnommen, so werden mit der photoelektrischen Lichtz.B.Is the sample liquid e.g. at the outlet of a liquid chroma tographiesäule removed, so with the photoelectric light z.B.

messung der schlierenoptischen Abtastung der rasterartig deformierten Steuerschicht die einzelnen Fraktionen nach ähnlicher Art wie bei bekannten Geräten, z.B. Gaschromatographen erfasst, allerdings mit dem Unterschied, dass im Falle des hier beschriebenen Gerätes arn Prohenmaterial kein Eingriff vorgenommen wird und die ganze lösung mit den Fraktionen für weitere Analysen zur Verfügung steht.measurement of the streak-optical scanning of the raster-like deformed Control layer the individual fractions in a similar way as with known devices, e.g. gas chromatographs, but with the difference that in the case of the Device described here arn Prohenmaterial no intervention is made and the whole solution with the fractions is available for further analysis.

Die Anwendungsmöglichkeit der beschriebenen Vorrichtung ist nicht auf Messungen der Konzentration oder Temperatur von Flüssigkeiten beschrankt. Rs lassen sich damit vielmehr alle Effekte untersuchen, bei welchen die Referenzflüssigkeit oder die Steuerschicht einem inhomogenen Temperaturfeld ausgesetzt sind, bzw. solche Grössen, welche die Oberflächenspannung oder die Temperatur der teuerschicht beeinflussen.The application of the device described is not limited to measurements of the concentration or temperature of liquids. Rs Rather, all effects can be investigated in which the reference liquid or the control layer is exposed to an inhomogeneous temperature field, or such Variables which influence the surface tension or the temperature of the costly layer.

Claims

EXPECTATIONS

Method of fasting us; or measuring the temperature and / or of such sizes or their \ 'elucidation one in the following as a sample liquid designated liquid, which the formation of a temperature gradient between the sample liquid and one with this thermally, preferably by vapor phase osmosis coupled second liquid, characterized in that the second Liquid (6) is spread in the form of a film that or this liquid film or a film coupled with it @ with the sample liquid (2) by conduction a third liquid (5) for controlling the light of an optical system is used, and that the so controlled light as an indicator or as a measure the sample liquid is used for the examined quantities.

2. The method according to claim 1, characterized in that the sample liquid (2) and the film of the second liquid (6) are coupled by vapor phase osmosis, that the sample liquid is kept at a constant temperature and that the film of the second liquid used to control the light of the optical system will.

3. The method according to claim 1, characterized in that the sample liquid (2) and the film of the second liquid (6) are coupled by vapor phase osmosis, that the sample liquid is kept at a constant temperature and that the one with the second liquid coupled by conduction Film the third Liquid (5) is used to control the light of the optical system.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the sample liquid (2) is spread out in the form of a thin film.

5. The method according to claims 1 and, characterized in that the film of the sample liquid (2) on the one hand by thermal conduction with the film of the third liquid (5) and on the other hand by vapor phase osmosis with the film of second liquid (6) is coupled that the film of the third liquid to Control of the light of the optical system is used and that the film the second liquid is kept at a constant temperature.

6. The method according to claims 1 and 4, characterized. that the film of the sample liquid (2) by conduction with the film of the third Liquid (5) is coupled and that the film of the third liquid for control the light of the optical system is used.

7. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized characterized that between the two liquids coupled by vapor phase osmosis a grid diaphragm (15) is arranged, the period of which is greater than the vertical Distance between the two liquid films.

8. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by at least one flat carrier (4), which is so in the beam path of the optical System is arranged that a liquid film spread thereon forms the light control layer this system forms.

9. The device according to claim 8, characterized in that the the liquid film forming the light control layer by means of a low-viscosity hydrocarbon the viscosity is made from 0.4 to 1 centipoise.

10. The device according to claim 9, characterized in that the optical system formed by a Schlieren or phase contrast optics (16 to 21) is.

11. The device according to claim 8, characterized in that the the liquid film forming the light control layer by liquid crystals, preferably those of the nematogenic cholesterol type are formed.

12. The device according to claim 11, characterized in that the optical system consisting essentially of a light source (16), preferably one through a photoelectric converter (23) formed receiver for the light control layer reflected light and from one arranged in the beam path in front of the receiver Filter wheel (24) consists.

13. Apparatus according to claim 10 or 12, characterized in that on the side of the carrier facing away from the liquid film of the light control layer (4) the sample liquid (2) is spread out in the form of a film.

14. Apparatus according to claim 10 or 12, characterized by a Sample carrier (1), which with the carrier (4) of the light-controlling liquid film is connected via a gas gap (3), as well as by means for forming a film the sample liquid on the sample carrier.

15. The device according to claim 14, characterized in that on the side of the carrier (4) of the light-controlling liquid film facing the sample carrier (1) (5) the film of the second liquid (6) is spread out.

16. The device according to claim 15, characterized in that the Carrier (4) made of a plate made of transparent material, preferably from a Polyester, methacrylate or epoxy resin.

17. The device according to claim 15, characterized in that the Carrier (4) is formed by a thin membrane.

18. The device according to claim 17, characterized in that the Membrane is freely stretched.

19. The device according to claim 18, characterized in that the Thickness of the membrane is in the order of magnitude of 1 -4 and in particular 2.10-4 cm up to 8.10 cm.

20. The device according to claim 19, characterized in that the Membrane made of a poorly thermally conductive material, preferably made of a glass or ceramic-like material or made of plastic.

21. Device according to one or more of claims 17 to 20, characterized in that the membrane on which the light-controlling liquid film (5) the bearing surface is mirrored.

22. Device according to one or more of claims 14 to 21, characterized in that the sample carrier (1) is formed by a rotatable disk is.

23. The device according to claim 22, characterized in that the Means for forming the film of the sample liquid (2) from a sample applicator (8) exist.

24. The device according to claim 23, characterized by a stripping device (9) for wiping off the examined sample liquid (2) from the sample carrier (1) and a cleaning and drying device (io)

25. Device according to one or more of claims 14 to 21, characterized in that the sample carrier (1) through a membrane with a multi-channel test applicator blade (8) for simultaneous Applying several sample liquids (2,2 ', 2 ") is formed.

26. Device according to one or more of claims 14 to 21, characterized in that the sample carrier (1) can be driven by one of rollers (11, 12) Band is formed.

27. Device according to one or more of claims 14 to 21, characterized in that the surface of the sample carrier (1) has predetermined curvatures having.

28. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least the sample carrier (1) and the carrier (4) for the light-scattering liquid film surrounded by a gas-tight container (22) are.

L e r s e i t e