DE1698235C - Schaltungsanordnung zur pH Wert Messung - Google Patents

Description

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schlagen. Bei einem pH-Meßbereich von Λ pH = 10 Differenzverstärker ausgebildete zweite Verstärker

muß der Strom im Platinwiderstandsthermometer mit K„' bezeichnet.

etwa 0 bis 5 mA betragen. Die'Spannung U_pH der Meßclektrode liegt an den

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß dieser Eingangsklemmen K₁ und K₂. Die Klemme K₁ ist Widerstand mit den Eingangsklemmen eines zweiten 5 direkt mit den invertierenden Eingang E_n des MeIi-Verstärkers verbunden ist, in dessen Ausgangskreis Verstärkers K₁' verbunden. Der zweite Eingang £,., ein als Gegenkopplungswiderstand dienendes, dem liegt an Masse. Im Ausgangskreis des Meßverstarkers Meßmedium ausgesetztes Widerstandsthermometer K₁' liegt wiederum der Regler, Schreiber oder Stromliegt, daß der Strom des zweiten Verstärkers dem anzeiger M für den Bereich 0 bis 20 mA. Der Wider-Widerstandsthermometer angepaßt ist und daß die io stand dieses Instrumentes M ist mit R.\ bezeichnet,
am Gego-ikoppiungswiderstand anfallende Spannung Der Differenzverstärker K₂' weist einen invertierender vor. ;n pH-Elektroden gelieferten Spannung den Eingang £,, und einen nicht invertierenden Einentgegengeschaltet ist. gang E₂, auf. Der Ausgangsstrom /, des Mcßver-

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an stärkers K₁ fließt über den Widerstand R₁ zur Masse.

Hand von Fig. 1 und 2 der Zeichnung erläutert. 15 Zwischen dem Instrument Λ/und dem Widerstand R₁

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen ist ein Widerstand R₅ angeschlossen, der zu dem

Bezugszeichen versehen. nicht invertierenden Eingang E₂₂ des Differeuzver-

In Fig. 1 ist mit K₁ der eigentliche Meßver- stärkers K₂' geführt ist.

stärker und mit K₂ ein zweiter Verstärker bezeichnet. Beide Verstärker werden v< · einer gemeinsamen Im Ausgangskreis des Meßverstarkers K, liegt ein ao Konstantspannungsquelle B mi: -ier Spannung L
anzeigendes, registrierendes oder regelndes Instn·- versorgt. Diese Spannung liegt symmetrisch zur Masse ment M und in Reihe dazu ein Widerstand R₁. Die Die Enden des Potentiometers P liegen an dem an dem Widerstand R₁ abfallende Spannung liegt , - und -Pol der Konstantspannungsquelle B, und am Eingang des Verstärkers K₂. Der Ausgangsstrom dessin Abgriff ist über einen Widerstand A₆ mit dem des Verstärkers K₁ hat die genormte Größe von 35 Verstärkereingang £_2ä verbunden. Eine Verstellung 0 bis 20 mA. Bei beiden Verstärkern ist jeweils eine des Abgriffes ändert die Eingangsspannung am Ver-Eingangsklemme mit einer Ausgangsklemme verbun- stärker K₂' und führt dadurch zu einer Verschiebung den. Im Ausgangskreis des Verstärkers K₂ liegt als des Nullpunktes des Anzeigebereiches für den temperaturabhängiger Widerstand ein Platinwider- pH-Wert. Die Widerstände R₁, R₂, R₃, ^₅ und R₇ sind Standsthermometer R_T. Der Verstärker K₂ ist so 30 so gewählt, daß der Ausgangsstrom Z₁ des Verstärkers bemessen, daß er bei der beschriebenen Ansteuerung K₁ auf den gewünschten Ausgangsstrom /₂ des Vereinen Ausgangsstrom von etwa 0 bis 5 mA liefert, stärkers K₂' untersetzt wird. Der Verstärker K₂' ist der eine optimale Kompensation des Temperatur- über den Einstellwiderstand Λ₂ und den Widereinflusses in einem weiteren Bereich ermöglicht. Die stand R₇ gegengekoppelt. Der invertierende Eingang an dem Platinwiderstandsthermometer R_T abfallende 35 Zf₂₁ liegt an der Verbindungsleitung zwischen den Spannung ist der von den pH-Elektroden gelieferten Widerständen A₂ und R₇. Ferner ist ^;;ber einen Spannung entgegengeschaltet. Das Platinwiderstands- Widerstand A₄ eine Mitkopplung verwirklicht. Die thermometei R_T wird in die Meßarmatur für die pH Mitkopplungsschleife liegt am nicht invertierenden thermometer Rt wird in die Meßarmatur für die Eingang ZT₂₂.

pH-Elektroden mit eingebaut. Es ist daher ständig 40 Der temperaturabhängige Widerstand Rt liegt zwi-

der gleichen Temperatur ausgesetzt wie die Elek- sehen dem Widerstand R₃ und Masse Der Verbin-

troden. dungspunkt A₃, A₄, Rt ist an die Fingangsklemme K₁

Der Verstärker K₂ kann praktisch als Stromunter- geführt. Der Widerstand Rr, vorzugsweise ein Piasetzer angesehen werden. Er ist daher für eine geringe ^widerstandsthermometer von 100 Ohm, dient als Verstärkung und kleine Leistung ausgelegt. Die neu- 45 Gegenkopplungswiderstand für den Meßverstärker artige Schaltung ermöglicht eine exakte Temperatur- K₁. Die an dem Widerstand Rt abfallende, von dem kompensation in einem weiten Bereich. Strom i₂ und der Temperatur des Meßmediums ab-

Besonders vorteilhaft ist es, den Verstärker K₂ als hängige Spannung ist der Meßspannung U_pu ent-

Differenzvi-rstärker auszubilden. Wenn man von einer gegengeschaltet.

Konstantspannungsquelle B zur Versorgung der Ver- 50 T)nrch die Gegen- und Mitkopplung im Verstärker

stärker K₁, K₂ über ein Einstellpotentiometer P eine K₂ erreicht man, daß der Strom i₂ nicht von der

Spannung abgreift, die den Eingang des Verstärkers Temperatur des, Widerstandes Rt abhängig ist. Somit

Kg beeinflußt, kann der Nullpunkt des pH-Meß- ist die an Rt abfallende Gegenkopplungsspannung

bereiches in einfacher Weise verschoben werden. Die i/_GK eine reine Funktion der Temperatur T.

bei den bekannten Kompensationsschaltungen erfor- 55 Durch Änderung des Verstärkungsfaktors des Ver-

derliche zusätzliche Konstantstromquelle entfällt stärkers K₈ kann die Steilheit der pH-Kennlinien

daher. geändert werden. Zu diesem Zweck wird im Aus-

In Fig. 2 sind die zu den Verstärkern K₁ und führungsbeispiel der Gegenkopplungswiderstand A₂

K₂ gehörenden Koppelwiderstände mit eingezeichnet. verstellt. Statt dessen könnte man aber auch den Wert

Der eigentliche Meßverstärker ist mit K₁' und der als 60 des Widerstandes R₁ verändern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

ι 2 Temperatur des Meßmediums beeinflußt wird. Es Patentansprüche: sind Mittel bekanntgeworden, mit denen der Tem peratureinfluß mehr oder weniger kompensiert wer-

1. Schaltungsanordnung zur pH-Wert-Messung den kann. Bei einer bekannten Schaltung liegt ein mit Berichtigung des Temperatureinflusses durch 5 dem Meßmedium ausgesetztes Platinwiderstandseinen temperaturabhängigen Widerstand mit einem thermometer in einer Brückenschaltung mit anderen in Strom-Serien-Gegenkopplung arbeitenden Ver- Widerständen. Diese Brücke wird von dem Ausgangsstärker, dessen normierter Ausgangsstrom von 0 strom eines Meßverstärkers für die von den pH-Elekbis 20 mA außer einem Strommesser einen Wider- troden abgegebene Spannung durchflossen. Der Verstand durchfließt, dadurch gekennzeich- io stärkerausgangsstrom ist normiert und beträgt in der net, daß dieser Widerstand (A₁) mit den Ein- Regel 0 bis 20 mA. Der Verstärker liefert also ein für gangsklemmen eines zweiten Verstärkers (K,) ver- dienlichen Anzeigegeräte, Registriergeräte und Regbunden ist, in dessen Ausgangskreis ein als Gegen- ler ausreichend kräftiges Signal. Die Ausgangsspankopplungswiderstand dienendes, dem Meßmedium nung der Brücke ist der Spannung der pH-Elektroden ausgesetztes Widerstandsthermometer (R_T) liegt, 15 entgegengeschaltet. Zur Nullpunktsverschiebung des daß der Strom des zweiten Verstärkers (K₂) dem anzuzeigenden pH-Meßbereiches wird in diese Brücke Will.-rstandsiherr 1.«meter ίΛ_Γ) angepaßt ist und ein Konstanistrom eingespeist. Der Nachteil die*? daß die am Gegenkopplungswiderstand anfallende Schaltung besteht darin, daß der Temperaturgang ηικ Spannung der von den pH-Elektroden gelieferten in einem engen Bereich genügend genau kompensier Spannung (U „n) entgegengeschaitet ist. ™> werden kann.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. da- Es ist ferner eine pH-Messer-Schaltung bekanni durch gekennzeichnet, daß der zweite Verstärker geworden, bei welcher ein dem Meßmedium ausg^ (K₂) ein Ausgangssignal von i_t ^ Q ... 5 mA auf- setztes Platinwiderstandsthermometer als Gegenkopp weist und daß das Widerstandsthermometer (Ar) lungswiderstand im Ausgangskreis des Verstärker¹-aus einem Platinwiderstand von 100 Ohm besteht. 35 liegt. In dieser Schaltung muß der Ausgangsstror*

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, aus mehreren Gründen auf den Bereich 0 bis 5 mA dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstär- beschränkt werden. Dieser früher übliche Strombereich ker < K₂) als Differenzverstärker ausgebildet ist. ist jedoch in vielen Fällen unzureichend, weil die au;

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 0 bis 2OmA genormten Anzeigegeräte, Registrier und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- _3O geräte und Regler nicht angeschlossen werden kön spannung des zweiten Verstärker. (K₂) zwecks nen.

Verschiebung des Nullpunktes des pH-Meßbe- In der deutschen Auslegeschrift 1153 422 wird

reiches einstellbar ist. ein für die pH-Wert-Messung geeigneter Gleich-

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 4, spannungsverstärker mit Zerhacker, Potentialtrendadurch gekennzeicnnet. daß an eine gemeinsame 35 nung und Gegenktpplung zwischen Eingangskreis Konstantspannungsquelle (S) zur symmetrischen und Ausgangskreis beschrieben, bei welchem der Speisung der Verstärker ein Potentiometer (P) Gegenkopplungszweig mit einem Zerhacker für das angeschlossen ist, dessen Abgriff mit einem Ein- Ausgangssignal, einem Transformator für die Potengang (E_n) des Differenzverstärkers (K₂) verbun- tialtrennung und einem Demodulator für die Bilden ist. ₄o dung des Gegenkopplungssignals ausgerüstet ist. Diese

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, Meßeinrichtung erfordert jedoch einen erheblichen dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstär- Aufwand, weil sowohl in dem eigentlichen Verstärker (V₁) eine Gegenkopplungsschleife (K₂, A₇) kerkreis als auch in dem Gegenkopplungskreis je ein und eine Mitkopplungsschleife (R₄) aufweist. Trenntransformator, ein Zerhacker und ein Demodu-

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, 45 lator erforderlich sind.

dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Aus der USA.-Patentschrift 2 232 211 ist eine

Steilheit der pH-Kenniinien der Verstärkungsgrad pH-Verstärkerschaltung bekanntgeworden, die eben-

des zweiten Verstärkers (K₂) einstellbar ist. falls mk einer Strom-Serien-Gegenkopplung arbeitet.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, da- I_n dieser Schaltung ist ein dem Meßmedium ausdurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung·. ₅„ gesetzter temperaturabhängiger Widerstand vorgeänderung über den als Einstell widerstand aus- sehen, der in Reihe mit einem Anzeigeinstrument vom gebildeten Gegenkopplungswiderstand (K₂) erfolgt. Ausgangsstrom des Verstärkers durchflossen wird.

Die an dem Widerstand abfallende Spannung ist der

dem Verstärker zugeführten Meßspannung entgeger.-

55 geschaltet. Der Verstärker, das Anzeigegerät und der

temperaturabhängige Widerstand sind so ausgelegt,

daß bei nur 0,1 mA der volle Ausschlag erreicht wird. Dieser Strombereich ist jedoch völlig ungeeignet, wenn Registriergeräte oder Regler angeschlossen Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungs- 60 werden sollen.

anordnung zur pH-Wert-Messung mit Berichtigung Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

des Temperatureinflusses durch einen temperaturab- besteht darin, mit einem Minimum an Aufwand eine hängigen Widerstand mit einem in Strom-Serien- Meßschaltung zu schaffen, die einerseits den geGegenkopplung arbeitenden Verstärker, dessen nor- wünschten Ausgangsstrom von 0 bis 20 mA liefert mierter Ausgangsstrom von 0 bis 20 mA außer einem 65 und die es andererseits ermöglicht, den im Gegen-Strommesser einen Widerstand durchfließt. kopplungskreis liegenden temperaturabhängigen

Bei pH-Wert-Messern liefern die Meßelektroden Widerstand mit dem für eine genaue Kompensation eine vom pH-Wert abhängige Spannung, die von der des Temperatureinflusses günstigen Strom zu beauf-