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Korngrössenverteilungs-Messapparat
Der erfindungsgemässe Apparat dient zur Bestimmung der verschiedenen Korngrössen und deren perzentuellen Gewichtsanteilen von körnigen Substanzen, insbesondere in Aufschlämmungen.
Derzeit gibt es zur Lösung dieser Aufgabe mehrere Verfahren, deren eines darin besteht, dass man das betreffende Material in einer geeigneten Suspensionsflüssigkeit, meist Wasser, gut aufschlämmt und die Suspension in einer Fallröhre dem Einfluss der Schwere überlässt, wobei die verschiedenen Körnchen sich allmählich zu Boden setzen. Die Bestimmung der zu gewissen Zeit- punkten bereits abgesetzten bzw. der noch in
Schwebe befindlichen Menge der Teilchen, woraus die perzentuellen Gewichtsanteile der einzelnen Kornfraktionen berechenbar sind, kann durch Wägung oder durch direkte Bestimmung des spezifischen Gewichtes der Suspension mittels
Aräometer u. ä. oder durch Messung deren variierenden Bodendruckes erfolgen.
Grundlegend für die zuletzt angeführte Mess- methode ist der Apparat von Wiegner. Er besteht aus einer vertikalen Fallröhre, welche die Suspen- sion aufnimmt, und aus einer kommunizierenden, durch einen Verbindungshahn absperrbaren, dün- neren, vertikalen Messröhre, in welcher die reine
Messflüssigkeit infolge des Überdruckes der
Suspension höher steigt als in der Fallröhre.
Aus der Messung der vertikalen Niveaudifferenz kann auf den Bodendruck, bzw. auf das spezifische
Gewicht der Suspension oberhalb eines bestimmten Querschnittes geschlossen werden, woraus alle weiteren Grössen rechnerisch zu ermitteln sind.
Der erfindungsgemässe Apparat schliesst an den Apparat von Wiegner an, ohne eine blosse Modifikation zu sein. Er beseitigt zunächst dessen bekannten Mangel, dass die Ablesung der Bodendruckdifferenzen der sedimentierenden Suspension an einer vertikalen Messskala erfolgt (was Ungenauigkeit der erhaltenen Daten ergibt, da die entstehenden Niveaudifferenzen zur Herstellung einer Messskala viel zu klein sind) in wirksamster Weise, wogegen alle bekannten Modifikationen des Apparates von Wiegner diesen Umstand zwar gleichfalls (sei es durch Schiefführung der Messröhre oder photographische Aufzeichnung des Niveauunterschiedes oder Verwendung einer spezifisch leichteren Messflüssig- keit usw. ) zu beheben suchten, ohne jedoch damit eine wesentliche Verbesserung der Genauigkeit zu erzielen.
Eine solche konnte auch durch einen anderen bekannten Apparat zur Messung der entstehenden
Druckdifferenzen nicht erreicht werden, bei dem mittels zweier unten mit einer Membrane ver- schlossener Trichter, welche an die beiden
Schenkel eines Differenzmanometers angeschlos- sen sind und sich in der Fallröhre in verschiedener, einstellbarer Höhe befinden, die im Innern der
Suspension in verschiedenen Niveaus herrschen- den Aufdrucke bestimmt werden können. Die wasserdichten Membranen fungieren dabei nur als trennendes Medium, während die Druck- messung wie bei Wiegner durch Verschiebung des vertikalen Messfadens des Differenzmanometers erfolgt. Ausserdem wirkt die Einbringung der Druckmesstrichter in die Suspension störend auf den Ablauf der Sedimentierung.
Erfindungsgemäss wird die erforderliche Genauigkeit durch die Kombination einer in der Anfangshöhe der Suspensionsoberfläche horizontal liegenden, kleinkalibrigen Messröhre mit einer durch eine Gummimembrane im Verein mit einem Luftpolster erzeugten manometrisch wirkenden Rückstellungskraft erzielt. Dass diese Kombination die günstigste Wirkung gewährleistet, ergibt sich daraus, dass Abweichungen von derselben entweder den angestrebten Effekt vermindern oder andere Schwierigkeiten verursachen. Setzt man z.
B. an Stelle der elastischen Gummimembrane etwa einen starren Glasballon und benützt den Luftpolster allein als manometrische Substanz, so erfordert der grosse Einfluss der Wärmeausdehnung desLuftpolsters ein möglichst kleines Luftquantum desselben, wodurch anderseits die Verschiebung des Messmeniskus und damit die Empfindlichkeit der Apparatur verringert würde.
Wollte man aber überdies auch den Luftpolster dadurch ausschalten, dass man die Messröhre einfach am Messende offen liesse, so wäre für das Vorrücken des Messmeniskus entweder eine sehr grosse Länge der Messkapillare erforderlich oder die Messflüssigkeit würde ausfliessen, wobei sich in beiden Fällen die Fallhöhe, entsprechend der Niveaudifferenz beim Apparat von Wiegner, hier jedoch so stark verminderte, dass die Berechnung der perzentuellen Gewichtsanteile auf eine komplizierte Art vorgenommen werden müsste und speziell das übliche Verfahren
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(vgl. H. Gessner :"Die Schlämmanalyse", S. 35) nicht mehr anwendbar wäre.
Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise, Aus- führungsform des Erfindungsgedankens. Der
Apparat besteht aus einer Fallröhre 1 mit im unteren Teil derselben seitlich angesetzter verti- kaler Verbindungsröhre 2, welche in der Höhe des normalen Niveaus I rechtwinkelig umgebogen ist und bei 3 in die konisch eingeschliffene, ein- setzbare, kleinkalibrige, horizontale Messröhre 4 übergeht. Dieselbe trägt vor dem Ende eine flache, kreisförmige Dose 5, die mit einer Gummimembrane 6 überspannt ist.
Der eigentliche Zweck der Einsetzbarkeit der Messröhre, d. i. ihre Auswechslungsmöglichkeit hinsichtlich Länge und Querschnitt (behufs Anpassung an die infolge der unterschiedlichen Konzentrationsbeschaffenheiten der diversen Suspensionen sich ergebenden verschiedenen maximalen Überdrucke und daher auch verschiedenen maximalen Messfadenlängen), kann auch durch Verwendung von Membranen verschiedener Stärke und Elastizität erreicht werden. Vor dem frei auslaufenden Ende dieser Röhre 4, auf das ein kleines, nach abwärts gebogenes Knie 7 aufschiebbar ist, befindet sich noch ein Abschlusslufthahn 8. Die Fallröhre hat einen Ablasshahn 9 und zwischen ihr und der Verbindungsröhre 2 ist ein Verbindungshahn 10 eingeschaltet. Sämtliche Teile sind aus Glas.
Der ganze Apparat ist auf einem Holzbrett 11 montiert und trägt auf zwei quer verschiebbaren Holzstützen 12, 13 eine horizontale Messplatte 14 aus Holz mit einer Nut 15 und darin befindlichen Gummipolstern 16 zur Aufnahme der horizontalen Messröhre 4, über welcher noch ein Papierstreifen 17 zum Markieren der Messmeniskusstellungen aufklebbar ist. Die Messröhre wird in dieser Nut durch zwei Schubplättchen 18, 19 gesichert. Die Messplatte 14 ist in die beiden Lager der Holzstützen 12, 13 einfügbar und wird dort mittels der beiden Befestigungsschrauben 20, 21 festgehalten. Die genaue Horizontalstellung der Messröhre erfolgt durch die Stellschraube 22.
Nach.
Füllung des Apparates läuft beim Öffnen des Verbindungshahnes 10 der Messmeniskus infolge des Überdruckes der Suspension gegenüber dem reinen Flüssigkeitsdruck zwischen den beiden
Niveaus I und II von einer gewählten Anfangs- stellung zuerst bis zu einer maximalen Stelle vor und kehrt dann mit fortschreitender Sedimenta- tion und der damit verbundenen Verminderung dieses Überdrucks wieder langsam zur Ausgangs- stelle zurück. Die Markierung der Meniskus- stellungen auf dem Messstreifen 17 zu gewissen vorgewählten Zeitpunkten ermöglicht dann nach einem bestimmten rechnerischen Verfahren ent- weder auf Grund des statischen oder (bei rascher
Sedimentation) auf Grund des dynamischen
Gleichgewichtes die Bestimmung der Korngrössenverteilung.
'Eine Ausführungsvariante des beschriebenen Apparates entsteht dadurch, dass man die Membrane hinter dem Verbindungshahn 10 unter geeigneter Umgestaltung dieses Apparatdetails anbringt, wodurch aber u. a. die Membrane stets der Feuchtigkeit ausgesetzt wäre, was ihrer elastischen Beschaffenheit abträglich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Korngrössenverteilungs-Messapparat, bestehend aus einer Fallröhre mit einer im unteren Teil derselben seitlich angebrachten, kommunizierenden, veltikalen Verbindungsröhre, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Anfangshöhe der Suspensionsoberfläche horizontal liegende, kleinkalibrige Messröhre und-als manometrische Rückstellkraft - ein Luftpolster im Verein mit einer Gummimembrane verwendet wird.