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Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes der in einer bestimmten Zeit geförderten Menge einer Flüssigkeit oder eines Gases
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes der in einer bestimmten Zeit geförderten Menge einer Flüssigkeit oder eines Gases.
In der industriellen Erzeugung jedwelcher Art besteht das Bestreben, periodische Herstellungsverfahren auf Fliessverfahren überzuführen, die nicht nur wirtschaftlicher sind, sondern auch die gewünschte Automatisierung ermöglichen. Deshalb wurde auch bei der Verarbeitung von Flüssigkeiten und Gasen, gleichgültig in der Nahrungsmittel-, chemischen oder andern Industrie, wenn ihre Gewichtsmenge in irgendeiner Erzeugungsphase ermittelt werden soll, eine Reihe von Messverfahren ausgearbeitet, die jedoch mit Fehlern bis zu einer Höhe von 1, 5'7o je nach der Art der Vorrichtung behaftet sind.
Meistens wird bei der Feststellung der Gewichtsmenge von Flüssigkeiten und Gasen ihr Volumen ermittelt, das nach Feststellung des spez. Gewichtes auf die Gewichtsmenge umgerechnet wird. Das Volumen wird in der Regel periodisch in kalibrierten Behältern gemessen, was eine Reihe von Nachteilen mit sich bringt, wie die Entstehung von Fehlern beim Ablesen der Höhe des Flüssigkeitsspiegels, insbesondere wenn keine Temperaturkorrektion eingeführt ist, die Entstehung von Fehlern durch unrichtige Abnahme von Mustern schwankender Zusammensetzung u. a.
Ausserdem entstehen in den besagten Behältern, insbesondere in Zuckerfabriken, Spiritusbrennereien, Hefefabriken u. dgl., infolge des längeren Verweilens der Rohstoffe oder der Zwischenprodukte optimale Bedingungen für die Entwicklung einer Infektion durch Mikroorganismen, die das ganze Erzeugungsverfahren gefährden oder die Qualität der Erzeugnisse beeinträchtigen können u. dgl.
Zur kontinuierlichen Messung der Gewichtsmengen von Flüssigkeiten (Gasen) werden bisher Kolben-, Trommel- und Schaufel-Messgeräte, Rotameter und Stauvorrichtungen (Membranen, Venturi-Düsen), die mit einem Differenz-Manometer verbunden sind, verwendet. So wird z. B. im Buche G. Wünsch-H. Rühle "Messgeräte im Industriebetriebe n (S. 230) eine Vorrichtung beschrieben, welche auf dem Strömungsteilerprinzip beruht, wo das Volumen des durchgeflossenen Gases unter Verwendung einer in der Hauptleitung angebrachten Drosselzone und einer mit einem Nadelventil verbundenen Membrane bestimmt wird.
Der verschiedenen Menge des durch die Hauptleitung durchgeflossenen Gases entspricht der betreffende Druck, durch dessen Einwirkung auf die das Nadelventil beherrschende Membran ein verhältnismässiger Teil der Gesamtmenge des durchflossenen Gases gewonnen wird. Das Volumen dieses verhältnismässigen Teiles wird in der üblichen Weise gemessen.
Dies sind ziemlich komplizierte und für den Betrieb empfindliche Geräte. Es wird jeweils das Volumen der durch eine bestimmte Vorrichtung in einer Zeiteinheit hindurchströmenden Flüssigkeit (Gases) gemessen und auf ihr Gewicht umgerechnet. Das erfordert die Einhaltung einer gleichbleibenden Temperatur der hindurchtretenden Flüssigkeit (Gases), denn durch eine Temperaturänderung findet meistens eine Änderung des Volumens, des spez. Gewichtes und der Viskosität statt, so dass diese Vorrichtungen nur für Flüssigkeiten (Gase) einer konstanten Zusammensetzung dienen können, da sonst die Genauigkeit der Messung verringert wird. Ausserdem kann man mit Ausnahme von Kolben-, Trommel- oder SchaufelMessgeräten diese Messverfahren bei zeitweiliger Unterbrechung des Flüssigkeitsstromes nicht verwenden.
Das direkte Wägen der Flüssigkeit (Gase) auf einer Waage ist heutzutage das objektivste Verfahren
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zur Feststellung der Gewichtsmenge von Flüssigkeiten (Gasen), doch ist die erforderliche Vorrichtung kostspielig, Störungen unterworfen und arbeitet dabei nur periodisch. Es entstehen auch hier Fehler, wenn die Viskosität der zu wägenden Flüssigkeit geändert wird.
Alle obenerwähnten Nachteile beseitigt die Erfindung, indem sie eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes der in einer bestimmten Zeit geförderten Menge einer Flüssigkeit oder eines Gases schafft, die bei einer einfachen Ausführung die tatsächliche Gewichtsmenge einer in einer bestimmten Zeiteinheit durchgeflossenen Flüssigkeit, Emulsion, Suspension oder eines Gases unabhängig von Änderungen der Temperatur, des Volumens, spez. Gewichtes, der Viskosität, chemischen Zusammensetzung und etwaigen Unterbrechung des Durchflusses ermittelt. Die Vorrichtung dient auch zur Gewinnung eines objektiven Durchschnittsmusters der durchströmenden Flüssigkeit oder des Gases, u. zw. auch bei Änderungen der Zusammensetzung während des Durchflusses im weitesten Bereich. Ausserdem kann man die Vorrichtung auch zum Transport und zur Bestimmung des spez.
Gewichtes (bezogen auf eine bestimmte Temperatur) von Flüssigkeiten oder Gasen verwenden. Dabei beträgt der Messfehler maximal 0, 05-0, 21o der Gesamtmenge der zu wägenden Flüssigkeit (des Gases).
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung beruht auf dem Ähnlichkeitsprinzip und ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Pumpen mit in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehenden Abmessungen und synchronisierten Umlaufzahlen bzw. Hubzahlen zur genauen Messung unter dem Spiegel der zu fördernden Flüssigkeit angeordnet sind, von denen die eine Pumpe zur Förderung der Hauptstrommenge der Flüssigkeit oder des Gases an den Bestimmungsort dient und die andere Pumpe einen dem Hauptstrom stets verhältnisgleichen Teilstrom einem auf einer Waage angeordneten Behälter zuführt.
Wenn beispielsweise das Verhältnis der Durchmesser und der Hubhöhen bei der grossen und kleinen Pumpe 10 : 1 beträgt, steht bei gleicher Umlaufzahl die Volumen- und Gewichtsmenge der durch die beiden Pumpen hindurchströmenden Flüssigkeit (Gases) im Verhältnis 103 : 13, d. h. wie 1000 : 1.
Dabei wird dieses Verhältnis durch eine Änderung der Temperatur, Viskosität sowie Zusammensetzung der Flüssigkeit nicht geändert. Die grössere Pumpe befördert die Flüssigkeit (das Gas) an den Bestimmungort, die kleinere befördert die Flüssigkeit (das Gas) in einen Behälter auf der Waage. Die Gewichtsmenge der durch die grosse Pumpe hindurchgetretenen Flüssigkeit wird durch blosse Multiplikation des Gewichtes der durch die kleine Pumpe hindurchgetretenen Flüssigkeit mit dem entsprechenden Faktor ermittelt.
Für das obenerwähnte Beispiel beträgt dieser Faktor 1000.
Die Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Dabei bedeuten in der Zeichnung : 1 die grosse Pumpe zur Beförderung der Flüssigkeit an den Bestimmungsort, 2 die kleine Pumpe, durch welche die Flüssigkeit in einer verhältnismässigen Menge zur Waage strömt, 3 die Flüssigkeitszufuhrleitung, 4 die Abfuhr der verhältnismässigen Menge der Flüssigkeit zur Waage, 5 die eigentliche Waage, 6 das Gefäss mit dem Durchschnittsmuster und 7 den Abfluss der Flüssigkeit zum Bestimmungsort.
Für den Fall eines Durchflusses von grösseren Flüssigkeitsmengen ist es vorteilhaft, das Verhältnis der Umlaufzahlen der beiden Pumpen in einem bestimmten Verhältnis, z. B. 5 : 1, zu wählen. Dann stehen die Gewichtsmengen der durch die beiden Pumpen hindurchgeströmten Flüssigkeiten im Verhältnis 5 x 103 : 1'x 13, d. h. wie 5000 : 1..
Die Verhältnisse der Grundabmessungen und der Umlaufzahlen der beiden Pumpen werden also je nach der Flüssigkeitsmenge, die durchfliessen soll, gewählt. Die Kalibrierung der Waage wird durch Umpumpen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge durch die beiden Pumpen und Wägen der beiden Mengen in einer bestimmten Zeiteinheit durchgeführt. Dadurch wird der Überführungsfaktor ermittelt.
Im Interesse einer genauen Messung werden die beiden Pumpen derart angeordnet, dass sie eine negative Saughöhe aufweisen, d. h. dass sie unter dem Spiegel der zu fördernden Flüssigkeit gelagert sind, wodurch die Entstehung eines "toten Raumes" verhindert wird. Dabei wird die Umlaufzahl der grossen Pumpe möglichst niedrig gewählt (insbesondere bei Flüssigkeiten von hoher Viskosität oder spez. Gewicht).
Die Umlaufzahl kann 5 - 10 Umdr/min betragen. Bei Flüssigkeiten von geringer Viskosität (spez. Gewicht) werden die Umlaufzahlen entsprechend erhöht. Der Antrieb der Pumpe erfolgt durch einen Elektromotor, der mittels einer in einem kleinen Ausgleichbehälter vor oder hinter der Pumpe angebrachten Schwimmvorrichtung ein-und ausgeschaltet wird. Ansonsten weisen die. Ausführung sowie das Zubehör der Pumpen und der Waage übliche Konstruktionen auf.
Beim Messen der Gewichtsmengen von Gasen wird auf der Waage hinter der kleinen Pumpe ein kleiner Gasbehälter oder eine entsprechende Absorptionsvorrichtung (z. B. für Kohlendioxyd, Schwefeldioxyd u. dgl.) angeordnet. Im Ganzen bleibt die Vorrichtung für die Arbeit mit Gasen dieselbe wie für Flüssigkeiten beschrieben wurde.
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Ausser der Ermittlung des Gewichtes der in einer bestimmten Zeit geförderten Menge einer Flüssigkeit oder eines Gases kann man die Vorrichtung auch zur Gewinnung eines Durchschnittsmusters dieser Stoffe, u. zw. auch bei maximalen Ausschlägen. ihrer Zusammensetzung verwenden. Man kann auch deren spez. Gewicht dadurch bestimmen, dass man das Volumen der durch die grosse Pumpe bei einer bestimmten Temperatur hindurchgeströmten Flüssigkeit feststellt. Das gemessene, durch die kleine Pumpe hindurchgeflossene Volumen wird mit demselben Faktor wie bei der Bestimmung des Gewichtes multipliziert.
Die soeben beschriebene Vorrichtung gemäss der Erfindung kann in einer ganzen Reihe von Erzeugniszweigen, wie z. B. in Spiritusbrennereien zur Bestimmung des Gewichtes der in einer bestimmten Zeit geförderten Menge von Melasse, Spiritus, Schlemme, und ähnlich auch in Hefefabriken, in Zuckerfabriken zum Bestimmen des Gewichtes der geförderten Menge an leichtem sowie schwerem Diffusionssafte und an Melasse, in Fettfabriken für Öle und Fette, beim Beheizen von Pumpen mit Dampf u. dgl., in der chemischen Industrie für Benzin, Lösungsmittel und überhaupt für sämtliche Flüssigkeiten und Gase mit Erfolg verwendet werden.
Ausserdem findet die erfindungsgemässe Vorrichtung auch beim Füllen und Entleeren von Kraftwagenbehältern, Fässern, Gasflaschen, Eisenbahnzisternen, Ballonen u. a. Verwendung, ohne dass die langwierige Ermittlung ihres Taragewichtes erforderlich wäre.