DE663080C - Verfahren zum fortlaufenden Messen und Anzeigen von in stroemendem Wasser geloestem Sauerstoff - Google Patents

Description

• Verfahren zum fortlaufenden Messen und Anzeigen von in strömendem Wasser gelöstem Sauerstoff Die genaue Kontrolle der im Wasser jeweils gelösten Sauerstoffmengen ist für die verschiedensten Zweige der Technik von erheblicher Wichtigkeit, da nach neueren Forschungen über die Korrosion von Metallteilen gerade die Anwesenheit geringer Sauerstoffmengen für die Zerstörung der Metallteile in erster Linie verantwortlich ist. Infolgedessen ist beispielsweise bei Kesselspeisewässern, bei Wässern für Zentralheizungen u. dgl. die laufende Überwachung der darin enthaltenen Sauerstoffmengen schon seit langem als sehr wünschenswert erkannt und auch wiederholt versucht worden. So sind insbesondere Verfahren zur fortlaufenden Messung und Registrierung des im strömenden Wasser vorhandenen Sauerstoffes vorgeschlagen worden, die auf der Nutzbarmachung eines zwischen zwei Elektroden aus verschiedenen Metallen fließenden elektrischen Stromes beruhen, wobei die Elektroden in das zu untersuchende Wasser eingesetzt werden. Dabei hat man auch schon die Verwendung von Metallen vorgeschlagen, deren Abstand in der elektrischen Spannungsreihe zwischen 0,4 und 1,4 Volt lag, wobei das eine Metall edler und das andere unedler als Wasserstoff war. Dieses letztere sollte in amalgamiertem Zustand verwendet werden.
• Dieses Verfahren hat sich in der Praxis als nicht durchführbar erwiesen. Ein wichtiger Grund hierfür lag vor allen Dingen darin, daß eine derartige Elektrodenanordnung bei der Stromlieferung nicht nur von dem im strömenden Wasser vorhandenen Sauerstoff, sondern auch von den im Wasser sonst vorhandenen Elektrolyten abhängig ist.
• Der zweite noch größere Übelstand lag darin, daß eine allmähliche Passivierung der Elektrodenoberflächen nicht zu vermeiden war. Der anfangs erzielte galvanische Strom war in seiner Stärke auch bei gleichbleibendem Sauerstoffgehalt des zu prüfenden Wassers nicht reproduzierbar, vielmehr zeigte sich die Stromstärke in starkem Maße abhängig von der Dauer des Versuches bzw. der Zeit, die die Elektroden in :dem zu prüfenden Wasser eingetaucht waren: Dieser Übelstand wird erfindungsgemäß vermieden, und damit wird erstmals ein praktisch brauchbares Verfahren zum fortlaufenden Messen und Anzeigen des im strömenden Wasser vorhandenen Sauerstoffes geschaffen. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird zwar auch der Strom gemessen, der zwischen zwei verschiedenen Elektroden entsteht, und die edlere Elektrode in dem zu prüfenden Wasser selbst angeordnet, erfindungsgemäß aber die unedlere Elektrode in eine Salzlösung eingebettet, deren Kation mit dem Elektrodenmetall identisch ist und die von dem zu prüfenden Wasser durch ein poröses Diaphragma getrennt ist, welches zwar den elektrischen Stram leitet, ein Hindurchtreten der Salzlösung jedoch verhindert.
• Die Salzlösung, die zweckmäßig gesättigt ist, enthält, wie erwähnt, ein Salz, dessen Kation mit dem Metall der unedlen Elektrode identisch ist. Wesentlich ist es hierbei, feste Metalle zu verwenden. Als geeignete Metallkombinationen seien z. B. erwähnt: Platin-Nickel, Gold-Nickel, Platin-Cadmium, Gold-Cadmium, Platin-Eisen, Gold-Eisen u. dgl.
• An sich ist die Verwendung von Diaphraä men und die Einbettung der weniger edlen Elektrode in eine Salzlösung entsprechenden Kations bei Elementen allgemein bekannt und auch bei der elektrometischen Kontrolle von Flüssigkeiten nicht neu. Insbesondere ist es bekannt, zur Messung der Wasserstoffionenkonzentration einer Flüssigkeit eine Quecksilberkaiomelektrode zu verwenden, bei der die Quecksilberelektrode von einer Kalomellösung umgeben ist, die ihrerseits durch Porzellan' eine ähnliche poröse Wand von einer Kaliumchloridlösung getrennt ist, die wiederum durch eine poröseTrennwand mit dem Raum in Verbindung steht, in dem sich die zweite Elektrode in der zu messenden Flüssigkeit befindet. Es handelt sich also um ein sogenanntes Halbelement, bei dem die Anwesenheit von Kaliumchloridionen für die Entwicklung der elektromotorischen Kraft ausschlaggebend ist. Mit einer solchen sogenannten Elektrode zweiter Art kann man grundsätzlich keine Strommessungen ausführen, sondern nur Potentialdifferenzen unter Vermeidung des Auftretens von Strömen messen, weil jeder Stromdurchgang das Gleichgewicht der Zelle stört, indem eine Verarmung an Quecksilberionen und eine Polarisation der Ouecksilberelektrode eintritt. Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist die Bezugselektrode in eine gesättigte Lösung eines Salzes eingebettet, das die gleichen Kationen liefert wie die Elektrode, so daß stets eine maximale Ionenkonzentration vorhanden ist, die einen beliebigen Ionenaustausch ohne Gefahr 'der Verarmung während des Stromdurchganges ermöglicht. Im übrigen besteht die Bezugselektrode aus weniger edlem Metall als die Meßelektrode, wodurch einer Polarisation vorgebeugt wird. Ferner handelt es sich bei dem neuen Verfahren nicht um die Herstellung eines gewöhnlichen galvanischen Elementes, sondern um die Erzeugung und Messung von Restströmen. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird mit dem Kunstgriff gearbeitet, die Meßelektrode zunächst vollständig mit Wasserstoff zu beladen. Durch den in dem zu untersuchenden Wasser enthaltenen Sauerstoff wird nun der polarisierendeWasserstoff teilweise oxydiert, und hierdurch entsteht der Reststrom, der zum Anzeigen und Messen des Sauerstoffgehaltes verwendet wird. Es kommt also darauf an, solche Metallkombinatianen auszuwählen, bei denen an der Meßelektrode eine möglichst hohe Sättigung an Wasserstoff auftritt, ohne daß jedoch eine Gasblasenbildung eintritt, d. h. also, der Wasserstoffdruck an der Meßelektrode soll möglichst nahe an z at herankommen, ohne jedoch diesen Wert zu überschreiten.
• Durch eine Auswahl der Elektrodenmetalle in dem oben angegebenen Sinne wird einmal .die Vermeidung einer. Passiviertmg der Elektroden mit fortschreitender Meßdauer erreicht. Die erzielten Werte sind vielmehr jederzeit reproduzierbar und in genauer Abhängigkeit von der jeweils vorhandenen Sauerstoffmenge, unabhängig von der Zeit des Verweilens der Elektroden im Wasser. Gleichzeitig wird hiermit der Vorteil erreicht, daß der erzeugte Strom von den in i dem zu untersuchenden Wasser etwa vorhandenen Elektrolyten vollkommen unabhängig ist, da nur eine oxydative Beseitigung des Wasserstoffes von , der Elektrode einen Strom liefert.
• Zur Erzielung richtiger Meßergebnisse ist auch eine Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der zu prüfenden Flüssigkeit zweckmäßig, und zwar muß die Strömungsgeschwindigkeit derart eingestellt werden, daß jede Wirbelbildung an der Elektrode vermieden wird. Das Wasser muß also möglichst in parallelen Stromlinien an der Elektrode vorbeifließen. Jede Wirbelbildung würde näuilich eine Rückströmung des bereits einmal an der Elektrode vorbeigeflossenen Wassers hervorrufen, so daß also ein und dieselbe Wassermenge dann mehrmals mit der Elektrode in Berührung kommt und demnach die darin enthaltene Gasmenge auch mehrfach gemessen und angezeigt würde.
• Bei einer derartigen langsamen Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit ist von selbst die Gewähr dafür gegeben, daß die mit der ,Flüssigkeit an der Elektrode vorbeiströmende Sauerstoffmenge niemals größer sein kann als die Menge des an der Elektrode vorhandenen Wasserstoffs: Andernfalls würde naturgemäß nur so viel Sauerstoff angezeigt werden können, wie der verfügbaren Menge des an der Elektrode vorhandenen gesamten Wasserstoffs entspricht, während der überschüssige Sauerstoffanteil keine Strombildung mehr hervorrufen könnte und infolgedessen nicht angezeigt würde.
• Zur Erzielung gleichmäßiger Meßergebnisse ist es im übrigen zweckmäßig, auch die absolute Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit möglichst konstant zu halten. Die praktische Durchführung der Erfindung sei an Hand der beiliegenden Zeichnung im folgenden näher erläutert: Das zu untersuchende Wasser durchfließt das zylindrische Rohr i aus Glas oder einem sonstigen indifferenten Material, in welchem die Platinelektrode 2 derart angeordnet ist, daß Wirbelbildungen nach Möglichkeit vermieden werden. Das Wasser fließt durch die Leitung 3 von unten ein und oben durch die Leitung d. ab. Um eine Wirbelbildung zu vermeiden, wird die Strömungsgeschwindigkeit etwa so eingestellt, daß die 25fache 1fenge des Rauminhaltes des Rohres i in der Stunde hindruchfließt. An dem Rohr i befindet sich gegenüber der Elektrode 2 ein seitlicher Ansatz 5, in dem das Diaphragma 6 eingebaut ist. Auf .der anderen Seite des Diaphragmas ist das Elektrodengefäß 7 angeordnet, das die Lösungselektrode 8 aus Cadmium enthält. Diese befindet sich in einer bei Zimmertemperatur gesättigten Lösung von Cadmitimsulfat. Das Gefäß ist oben durch den Deckel 9 verschlossen. Die beiden Elektroden sind durch die Leitungen io und ii über das Registrierinstrument 12 miteinander verbunden. Bei einer derartigen Anordnung sind die durch den Sauerstoff des strömenden Wassers hervorgerufenen galvanischen Ströme der Sauerstoffmenge unmittelbar proportional. Eine Sauerstoffmenge von i mg im Liter liefert einen Strom von 16 mV, eine Sauerstoffmenge von 2 mg im Liter einen solchen von 32 mV.
• Zweckmäßig ist es, die Zelle, wenn nicht gemessen wird, über einen hohen Widerstand von iooo Ohm kurzzuschließen, da bei Beginn der Messung, wenn die Zelle längere Zeit offen gestanden hat. zunächst falsche Werte infolge mangelnder Bildung einer Wasserstoffhaut auf der Elektrode sich ergeben.

Claims (3)

1. P.\TL,#,f-rArsrt;i'ciIL: i. Verfahren zum fortlaufenden \lessen und Anzeigen von in strömendem Wasser gelöstem Sauerstoff unter Verwendunll# des zwischen zwei verschiedenen Metallelektroden fließenden galvanischen Stromes, deren Abstand in der elektrischen Spannungsreihe mindestens 0,4, höchstens jedoch 1,4 Volt beträgt, wobei das eine Metall edler und das andere unedler als Wasserstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß die weniger edle Elektrode in eine zweckmäßig gesättigte Salzlösung ein.-,gebettet ist, deren Kation mit dem Elektrodenmetall identisch ist und die von dem zu prüfenden Wasser durch ein Diaphragma getrennt ist, welches den Strom leitet, den Durchtritt der Salzlösung jedoch verhindert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartige Regelur der StrömungsgeschNvindigkeit des zu prüfenden Wassers, daß jede Wirbelbildung vermieden wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, dali man die Meßzelle im Ruhezustand über einen hohen Wideratand kurzschließt.