DE1088730B - Verfahren zum Messen der Dichte einer beliebigen Fluessigkeit und Vorrichtung zum Durchfuehren des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Dichte einer beliebigen Flüssigkeit mittels eines in einem durchsichtigen Gefäß angeordneten Aräometers sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

In der Regel wird die Dichte einer Flüssigkeit durch das Eintauchen eines bekannten Aräometers bestimmt. Die Dichte bestimmt sich je nach der Eintauchtiefe des Aräometers in der zu messenden Flüssigkeit, wobei diese Eintauchtiefe durch eine im Aräometer angeordnete Skala abgelesen werden kann. Ein solches Messen kann jedoch nur ein ungefähres Ergebnis erzielen, weil dabei eine Reihe von Ableseungenauigkeiten zusammenkommen, so daß ein solches Meßverfahren für wissenschaftliche Zwecke nicht geeignet ist.

Man hat deshalb zur Erzielung einer größeren Meßgenauigkeit auch schon etwas abgewandelte Verfahren versucht.

Bei einem dieser Verfahren wird das Versuchsgefäß im Gegensatz zum einfachen Messen mittels eines Aräometers randvoll mit der Flüssigkeit gefüllt, so daß der Rand des Versuchsglases als Bezugsebene benutzt werden kann. Aber auch eine solche Maßnahme führt nicht zu einer ausreichenden Meßgenauigkeit, weil einmal die Einstellung des Flüssigkeitsniveaus einfach durch Überströmenlassen über den Rand bei weitem nicht genau genug ist, zum andern jedoch die Flüssigkeit nach wie vor auch beim Ablesen der Skala im Aräometer stört. Ferner hat man sich bei diesen Meßverfahren eines undurchsichtigen Versuchsgefäßes bedient, so daß eine Ablesung nur oberhalb des Randes des Versuchsgefäßes möglich ist; auch dadurch ist eine genaue Meßablesung verhindert.

Ein weiteres bekanntes Meßverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß dort der Flüssigkeitsspiegel in einer konstanten Höhe gehalten wird, wobei zum Ablesen der Meßskala ein Punkt angebracht wird und die Ableseskala auf dem Versuchsglas angeordnet und die Eintauchtiefe des Aräometers durch den Meniskus des darin enthaltenen Quecksilberthermometers dargestellt ist.

Auch dieses Verfahren kann nicht zu einer ausreichenden Meßgenauigkeit führen, weil die Ablesung der Eintauchtiefe nicht von einem festen Punkt aus vorgenommen werden kann, sondern dieser Punkt nur eine Ausgangsbasis für die Maßskala bildet, so daß die Ablesung selbst tatsächlich in unterschiedlichen Ebenen je nach der Dichte der zu messenden Flüssigkeit vorgenommen werden muß. Außerdem sind die zum Einstellen des Flüssigkeitsniveaus vorgesehenen Mittel zu grob, um die Voraussetzung für die gewünschte Höhe Ablesegenauigkeit schaffen zu können.

Verfahren zum Messen der Dichte

einer beliebigen Flüssigkeit

und Vorrichtung zum Durchführen

des Verfahrens

Anmelder:

ίο Raymond Pochan,

Chardonnay par Uchizy,

Saöne-et-Loire,

und Andre Pochan,

Montesson, Seine-et-Oise (Frankreich)

Vertreter: M. Dörner und Dipl.-Ing. A. Grünecker,
Patentanwälte, München 2, Theatinerstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 17. März und 28. Dezember 1951

Raymond Pochan, Chardonnay par Uchizy,

Saöne-et-Loire,
und Andre Pochan, Montesson, Seine-et-Oise

(Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden

Gemäß der Erfindung wird die erforderliche hohe Meßgenauigkeit dadurch erzielt, daß zunächst durch Anbringen von mindestens zwei gegenüberliegenden Strichmarken an der Wandung des Gefäßes eine frei sichtbare» Ableseebene geschaffen wird, dann der Flüssigkeitsspiegel mit Hilfe von im Gefäß angeordneten, mit einer das Niveau der Flüssigkeit bestimmenden Spitze versehenen Mitteln in einem bestimmten Abstand von der Ableseebene parallel zu dieser genau eingestellt wird und schließlich an der mit einer Maßskala versehenen, in die Flüssigkeit getauchten Aräometerspindel in der Ableseebene die Eintauchtiefe des Aräometers festgestellt wird. Das Verfahren kann gemäß der Erfindung mit Hilfe einer Vorrichtung durchgeführt werden, welche sich dadurch auszeichnet, daß die den Flüssigkeitsspiegel in einem genauen Abstand von der Ableseebene einstellenden Mittel als halbkapillarischer trägheitsfreier Siphon ausgebildet sind, dessen in das Versuchsglas eintauchender Schenkel eine Schräge aufweist, deren Winkel so bemessen ist, daß der sich durch Kapillari-

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tat bildende Tropfen gegenüber dem Querschnitt des Versuchsglases unbeträchtlich ist. Eine solche Vorrichtung eignet sich besonders für Flüssigkeiten niedriger Viskosität.

Für ionisierte Flüssigkeiten ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, bei welcher im Versuchsglas zwei Elektroden vorgesehen sind, die aus einem durch die zu messende Flüssigkeit nicht angreifbaren Metall bestehen und an einem Stromkreis angeschlossen sind, dessen Schließen ein entsprechendes optisches oder akustisches Signal steuert, wobei die eine dieser Elektroden mehr oder weniger tief in die Flüssigkeit eintaucht, während das zugespitzte Ende der anderen Elektrode sich in der dem erwünschten Niveau entsprechenden Horizontalebene befindet, wobei das Niveau der Flüssigkeit im Versuchsglas bis zum Erreichen der Spitzen dieser Elektrode mit Hilfe von geeigneten Mitteln, wie z. B. einer beliebig in die Flüssigkeit einzutauchenden Masse, stufenweise erhöht werden kann.

Zum Messen der Dichte von Flüssigkeiten hoher Viskosität sieht ferner die Erfindung eine Vorrichtung vor, bei welcher dem Versuchsglas ein spitzer Index aus farbigem Metall oder Emaille vorgesehen ist, der auf die Flüssigkeitsoberfläche sein Spiegelbild abgibt und dessen Ende sich in der dem erwünschten Niveau entsprechenden Horizontalebene befindet, wobei das Niveau der Flüssigkeit mit Hilfe von geeigneten Mitteln, wie z. B. einer beliebig in die Flüssigkeit einzutauchenden Masse, erhöht werden kann, bis die Spitze des Index mit ihrem Spiegelbild in Berührung kommt.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 ein schematisches Bild zur Erläuterung des neuen Meßverfahrens.

Fig. 2 eine Gesamtansicht mit teilweisem Schnitt des Aräometers mit Siphon zum selbsttätigen Erlangen eines gleichbleibenden Niveaus,

Fig. 3 die Skala des Aräometers und ihre Vergrößerung durch die optische Ablesevorrichtung,

Fig. 4 den Oberteil der neuen Vorrichtung im Schnitt mit einer Einstelleinrichtung des Niveaus durch Elektroden für ionisierte Flüssigkeiten,

Fig. S eine andere Ausbildung der Vorrichtung für Flüssigkeiten hoher \"iskosität und

Fig. 6 und 7 Aräometer in verschiedenen Ausbildungen,

In Fig. 1 sind der Oberteil des die zu messende Flüssigkeit enthaltenden Versuchsglases mit 1 und der die nicht dargestellte Skala tragende obere Schaft des Aräometers mit 2 bezeichnet. Bei den bisher»-verwendeten Ableseverfahren der Skala des Aräometers zielt das Auge 3 des Beobachters auf den oberen oder unteren Teil des Meniskus 4, wodurch bedeutende Meßfehler entstehen.

Erfindungsgemäß zielt das Auge 5 des Beobachters, das sich in der durch einen in der Wand des Versuchsglases eingravierten kreisförmigen Diamantstrich dargestellten Ebene 6 befindet, auf eine Teilung des Aräometers, die in einem konstanten Abstand h über dem Spiegel 7 der Flüssigkeit liegt.

Unter Umständen kann das Ablesen in einer in der Entfernung h unter dem Niveau 7 liegenden Referenzebene 8 erfolgen, in der sich dann das Auge 9 des Beobachters befindet.

Fig. 2 stellt ein Aräometer mit selbsttätiger Niveaueinstellung dar, das für Dichtemessungen von Flüssigkeiten niedriger Viskosität besonders geeignet ist. Das Versuchsglas 1 ist mit Hilfe von Schrauben 10 in einem Deckel 11 zentriert, der einen das Glas 1 umgebenden und mit diesem durch einen Gummiring 13 verbundenen Mantel 12 aus Glas oder plastischem Stoff oben abschließt. Dieser das Aräometer tragende Mantel 12 wird durch Schellen 14 von zwei rohrförmigen Säulen 15 getragen, die auf dem Sockel 16 befestigt sind. Ein nicht dargestelltes Senklot dient

ίο dazu, mit Hilfe von zwei auf dem Sockel 16 vorgesehenen Stellschrauben 17 das Gerät genau senkrecht zu stellen. Die Konstanz der Temperatur wird mit Hilfe einer in den Mantel 12 in 18 eingeführten und aus diesem durch ein Rohr 19 ausströmenden thermostatischen Flüssigkeit erzielt.

Die zu messende Flüssigkeit wird in das Versuchsg'las 1 durch einen Trichter 20 eingefüllt, der über ein Rohr 21 mit dem unteren Teil des Versuchsglases, in welchem sich das Aräometer 22 befindet, verbunden ist.

Die Flüssigkeit füllt das Versuchsglas bis zum obersten Punkt eines Überlaufrohres 23, dessen obere Mündung sich in dem Versuchsglas in einer bestimmten Entfernung unterhalb des kreisförmig eingravierten Striches 6 befindet. Die überlaufende Flüssigkeit wird in einem Becher 24 des Sockels 16 aufgenommen. Das Ablassen der überschüssigen Flüssigkeit wird durch den halbkapillarischen trägheitsfreien Siphon 25 vollendet, dessen umgebogener Schenkel in das Versuchsglas hineinragt und ein abgeschrägtes Ende aufweist, das unterhalb der oberen Mündung des Überlaufrohres 23 liegt. Auf diese Weise wird das Niveau 7 konstant und genau eingehalten.

Zum Ablesen wird eine optische Vorrichtung 26 ohne Parallaxe verwendet, die durch eine elektrische Lampe 27 beleuchtet wird und deren optische Achse in der durch den kreisförmigen Strich 6 gebildeten Referenzebene liegt, in welcher sich auch das Auge 5 des Beobachters befindet. Auf dem Sockel 16 ist ein Schalter 28 für die Lampe 27 vorgesehen, so daß das Ab-

4-0 lesen auch bei Dunkelheit durchführbar ist.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß die mit dem Gerät erzielbare Präzision sehr groß ist und etwa V10 mm beträgt.

Am Ende der Messung wird das Versuchsglas 1 in den Becher 24 mit Hilfe eines Ablaßhahnes 29 schnell und ohne Gefahr entleert.

Fig. 4 stellt schematisch den Oberteil des \^rersuchsglases eines Elektroden-Aräometers zur sehr genauen Messung der Dichte von ionisierten Flüssigkeiten dar.

Das Gerät ist im wesentlichen dem vorher beschriebenen ähnlich, weist jedoch den abgeschrägten, dem Überlaufrohr 23 zugeordneten halbkapillarischen Siphon nicht auf. Das Überlaufrohr behält seine Aufgabe, dem Abführen einer Oberflächenhaut auf der Flüssigkeit zu dienen, bei, um z. B. den auf der Milch schwimmenden Schaum abzuleiten. Der Oberteil des Versuchsglases 1 trägt zwei Elektroden 30, 31, die durch angeschweißte Stecker 32 an einen Stromkreis angeschlossen werden können, der z. B. durch den vorher erwähnten Schalter 28 gesteuert wird (Abb. 2) und ein optisches oder akustisches Signal liefert. Die unteren freien Enden der beiden Elektroden 30 und 31 sind in verschiedener Höhe angeordnet, und das Ende der höheren Elektrode 30 befindet sich in der horizontalen Ebene 7 des festgesetzten und gleichbleibenden Spiegels. Die Elektrode 30 ist somit die Bezugselektrode.

Neben dem Versuchsglas 1 ist ein Hilfsbehälter 33 angeordnet, der durch ein Rohr 34 mit dem Inneren des Versuchsglases in Verbindung steht. Dieser Be-

hälter ist oben durch einen mit Innengewinde versehenen Stopfen 35 abgeschlossen. Durch diesen ist eine Gewindestange 36 hindurchgeführt, die eine untere Tauchmasse 37 und einen oberen Stellknopf 38 trägt.

Die Füllung des Versuchsglases 1 erfolgt wie vorher beschrieben. Wenn das Überlaufröhrchen 23 seine Aufgabe erfüllt hat, wird eine kleine Menge Flüssigkeit durch den Hahn 29 abgelassen. Der Spiegel 7 der Flüssigkeit wird anschließend durch eine entsprechende Betätigung der Masse 37 mittels der Stange 36 und des Knopfes 38 mit der Bezugselektrode in Berührung gebracht. Hierdurch wird ein Kontakt hergestellt, der den Stromkreis schließt und das optische oder akustische Signal betätigt.

Das Ablesen erfolgt wie bei Fig. 2. Die Meßgenauigkeit ist wesentlich größer und reicht bis zur fünften Dezimale der gemessenen Dichte unter der Bedingung, daß die durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, den augenblicklichen Luftdruck und die Luftfeuchtigkeit bedingten Korrekturen mit berücksichtigt sind.

Das in Fig. 5 schematisch dargestellte Aräometer ist für die Dichtemessung von Flüssigkeiten hoher Viskosität anwendbar. In Abweichung von der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung erfolgt die Feststellung des konstanten Niveaus 7 mit Hilfe eines spitzen Index 39, aus einem von der Flüssigkeit nicht angreifbaren Metall oder aus farbiger Emaille, dessen Spiegelbild 40 auf der Oberfläche der Flüssigkeit erscheint. Mit Hilfe der Tauchmasse 37 wird, wie schon erwähnt, der Flüssigkeitsspiegel so erhöht, daß die Spitze des Index 39 mit ihrem Spiegelbild 40 in Berührung kommt. Das Ablesen erfolgt anschließend wie bei den schon beschriebenen Beispielen.

Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Verbesserungen an Aräometerspindeln sind aus Fig. 6 und 7 ersichtlich.

Eine gewöhnliche Aräometerspindel (Fig. 6) weist einen zylindrischen Schwimmer41 mit einem anschließenden Schaft 42 auf, der mit einer nichtlinearen Skala versehen ist. Der Schwimmer 41 verlängert sich nach unten durch einen kugelförmigen Behälter 43, der ein bestimmtes Gewicht von Bleikügelchen enthält. Diese werden durch einen einfachen Wattestopfen 44 in ihrer Lage festgehalten. Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß die Wattefüllung die Bleikügelchen tatsächlich nicht festhalten kann, so daß sich deren Schwerpunkt verlagert und das Gerät in eine schräge Lage kommt.

Die Aräometerspindel gemäß der Erfindung (Fig. 7) ist zunächst durch einen mit einer Millimeterteilung versehenen Schaft 42 gekennzeichnet. Außerdem sind die die Belastung darstellenden Bleikügelchen in dem "Behälter 43 durch ein geeignetes Bindemittel derart zusammengehalten, daß ihr Schwerpunkt unveränderlich bleibt, wodurch eine ständige vertikale Lage des Aräometers gewährleistet wird.

Schließlich ist das die Belastung enthaltende Gefäß 43 mit eckigen Vorsprüngen 45 versehen, die die Verdrehung des Gerätes in der Flüssigkeit rasch bremsen.

Bei den Aräometern nach Fig. 4 und 5 kann zum Einstellen des Niveaus der Flüssigkeit an Stelle der beschriebenen Tauchmasse der Druck von Luft oder von einem inerten Gas in einem an das Versuchsglas angeschlossenen Rohr verwendet werden. Die Verdrehung der Aräometerspindel kann andererseits vollständig ausgeschaltet werden, wenn in dem Aräometergefäß Führungen mit Vorsprüngen des Gefäßes zusammenwirken.

Wie aus dem Vorhergesagten hervorgeht, kann mit Hilfe der Geräte nach der Erfindung die Dichte von Flüssigkeiten aller Art gemessen werden, welches auch ihre Viskosität und Lichtdurchlässigkeit sei. Dank des thermostatischen Mantels 12 erfolgt die Messung bei konstanter Temperatur, so daß die gemessene Dichte bis zur vierten Dezimale genau stimmt. Mit dem Elektroden-Aräometer nach Fig. 4 kann bis zur fünften Dezimale gemessen werden, unter der Bedingung, daß, wie schon erwähnt, die entsprechende Korrektur berücksichtigt wird.

Dadurch, daß bei diesen Geräten das Ablesen in einem bestimmten Abstand bei einem genau gleichbleibenden Niveau und bei einer vollkommenen Stabilität der Aräometerspindel erfolgt, können diese Geräte in der Industrie für die automatische Fernsteuerung bei Betriebsanlagen benutzt werden, bei denen bestimmte Flüssigkeitsdichten eingehalten werden müssen. Zu diesem Zweck wird dem Aräometer eine fotoelektrishe Zelle, Impedanzbrücke od. dgl. zugeordnet, die durch das Aräometer beim Erreichen einer bestimmten Dichte so beeinflußt werden, daß in diesem Augenblick die Hähne oder Ventile betätigt werden, die die Anlage steuern.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der Dichte einer beliebigen Flüssigkeit mittels eines in einem durchsichtigen Gefäß angeordneten Aräometers, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst durch Anbringen von mindestens zwei gegenüberliegenden Strichmarken an der Wandung des Gefäßes (1) eine frei sichtbare Ableseebene (6) geschaffen wird, dann der Flüssigkeitsspiegel mit Hilfe von im Gefäß (1) angeordneten, mit einer das Niveau der Flüssigkeit bestimmenden Spitze versehenen Mitteln in einem bestimmten Abstand von der Ableseebene (6) parallel zu dieser genau eingestellt wird "und schließlich an der mit einer Maßskala (42) versehenen, in die Flüssigkeit getauchten Aräometerspindel (2) in der Ableseebene (6) die Eintauchtiefe des Aräometers (22) festgestellt wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere für Flüssigkeiten niedriger Viskosität, dadurch gekennzeichnet, daß die den Flüssigkeitsspiegel in einem genauen Abstand von der Ableseebene (6) einstellenden Mittel als halbkapillarischer trägheitsfreier Siphon (25) ausgebildet sind, dessen in das Versuchsglas (1) eintauchender Schenkel eine Schräge aufweist, deren AVinkel so bemessen ist, daß der sich durch Kapillarität bildende Tropfen gegenüber dem Querschnitt des Versuchsglases unbeträchtlich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Niveaueinstellung dem Siphon (25) ein Überlaufröhrchen (23) in geeignetem Querschnitt zugeordnet ist, dessen obere Mündung etwas oberhalb des abgeschrägten Endes des Siphons (25) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, insbesondere für ionisierte Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß im Versuchsglas (1) zwei Elektroden (30, 31) vorgesehen sind, die aus einem durch die zu messende Flüssigkeit nicht angreifbaren Metall bestehen und an einen Stromkreis'angeschlossen sind, dessen Schließen ein entsprechendes optisches oder akustisches Signal steuert, wobei die eine (31) dieser Elektroden mehr oder weniger tief in

die Flüssigkeit taucht, während das zugespitzte Ende der anderen Elektroden (30) sich in der dem erwünschten Niveau entsprechenden Horizontalebene (T) befindet, wobei das Niveau der Flüssigkeit im Versuchsglas (1) bis zum Erreichen der Spitze dieser Elektrode (30) mit Hilfe von geeigneten Mitteln, wie z. B. einer beliebig in die Flüssigkeit einzutauchenden Masse (37), stufenweise erhöht werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, insbesondere für Flüssigkeiten hoher Viskosität, dadurch gekennzeichnet, daß im Versuchsglas (1) ein spitzer Index (39) aus farbigem Metall oder Email vorgesehen ist, der auf die Flüssigkeitsoberfläche sein Spiegelbild (40) abgibt und dessen Ende sich in der dem erwünschten Niveau entsprechenden Horizontalebene (7) befindet, wobei das Niveau der Flüssigkeit mit Hilfe von geeigneten Mitteln, wie z.B. einer beliebig in die Flüssigkeit einzutauchenden Masse (37), erhöht werden kann, bis die Spitze des Index (39) mit ihrem Spiegelbild (40) in Berührung kommt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Versuchsglas (1) ein in einem Rohr befindliches Senklot trägt, während auf dem Sockel (16) des Gerätes zum Einstellen desselben in eine genau senkrechte Lage Stellschrauben (17) angebracht sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine optische Vorrichtung zur parallaxefreien Ablesung, die aus einer elektrisch beleuchteten Linse (26) besteht, deren optische Achse in derselben Horizontalebene liegt, wie die an der Wandung des Versuchsglases (1) in einem bestimmten Abstand zum gleichbleibenden Flüssigkeitsspiegel gegenüberliegend angebrachten Strichmarken, welche die frei sichtbare Ableseebene (6) bestimmen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch einen um das Versuchsglas (1) liegenden Mantel (12), der mit einer thermostatischen Flüssigkeit gefüllt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aräometerspindel (2) eine Millimeterskala (42) trägt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die übliche Belastung der Aräometerspindel (2) bildenden Bleikügelchen (43) durch geeignete Bindemittel zur Gewährleistung einer senkrechten Schwimmlage zusammengehalten sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Bleikügelchen (43) enthaltende Behälter eine eckige Form (45) aufweist zur Verhinderung der Drehung des Gerätes in der Flüssigkeit.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, insbesondere Steueraräometer für die automatische Fernsteuerung von Produktionsabläufen, denen die Dichte einer Flüssigkeit zugrunde liegt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aräometer (2) eine geeignete Vorrichtung, wie z. B. eine fotoelektrische Zelle oder eine Impedenzbrücke, zugeordnet ist, welche die entsprechenden Ventile oder Hähne der Flüssigkeitskreise der Anlage selbsttätig fernsteuert, sobald die Flüssigkeit die erwünschte Dichte erreicht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 690 716, 841 752; britische Patentschrift Nr. 602 646;
USA.-Patentschriften Nr. 2 342 441, 2 384 664.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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