DE1299909B - Vorrichtung zur Dichtemessung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Dichte von Medien bei beliebigen Drücken mit einem von dem Medium kontinuierlich durchströmten und in einem Gehäuse angeordneten Schwimmeranzeiger, welcher über biegsame An-Schlüsse mit einer Einlaß- bzw. Auslaßleitung für das Medium versehen und an einen elektrischen Gewichtswandler angekoppelt ist.

Es ist eine ganze Reihe von Vorrichtungen zur Dichtemessung bekannt, beispielsweise Pyknometer, ίο Luftblasen-Meßgeräte, Verdrängungsmesser oder Dichtemesser, die mittels radioaktiver Strahlung arbeiten. Diese Vorrichtungen eignen sich jedoch nicht alle für das automatische und fortlaufende Messen der Dichte von unter beliebigem Druck stehenden Medien.

Zwar gestatten die mittels radioaktiver Strahlung arbeitenden Vorrichtungen die Messung der Dichte von Medien unter beliebigen Drücken, insbesondere innerhalb eines geschlossenen Systems. Jedoch erfolgt hierbei nur eine indirekte Dichtemessung, außerdem ergeben sich Strahlungsgefahren sowie hohe Herstellungskosten, periodische Neueichung entsprechend der Halbwertzeit der radioaktiven Quelle, und schließlich ist ein Temperaturausgleich erforderlieh.

Diese Nachteile werden mindestens teilweise vermieden durch die bekannten Dichtemeßeinrichtungen, bei denen ein an einer Waage hängender Verdrängungskörper allseitig von der Meßflüssigkeit umgeben ist, die hierbei ein druckfestes Gehäuse, in dem sich der Verdrängungskörper befindet, durchströmt. Der Verdrängungskörper kann insbesondere mit einer Vergleichsflüssigkeit gefüllt sein, welche über die zum Druckausgleich gegebenenfalls elastisch ausgebildete Wand des Verdrängungskörpers in Wärmeaustausch mit der Meßflüssigkeit steht. Nachteilig bei diesen Vorrichtungen ist, daß zum Auswechseln und damit zum Anpassen der Bezugsflüssigkeit an die Meßflüssigkeit eine Demontage der Meßeinrichtung notwendig ist und daß sich in der Meßflüssigkeit befindliche Teilchen an der Meßeinrichtung absetzen, insbesondere auch im Bereich der beweglichen Teile der Wäge- bzw. Anzeigevorrichtung, und dadurch deren Arbeitsweise behindern bzw. den Meßwert verfälsehen können.

Schließlich sind seit langem Meßvorrichtungen zur Dichtemessung bekannt, bei denen die Meßflüssigkeit kontinuierlich durch einen in einem Gehäuse angeordneten Schwimmeranzeiger strömt. Dieser Schwimmeranzeiger kann hierbei bekanntermaßen über biegsame Anschlüsse mit einer Einlaß- bzw. Auslaßleitung für die Meßflüssigkeit versehen sein, wobei an den Schwimmeranzeiger ein elektrischer Gewichtswandler angekoppelt ist.

Bei den letztgenannten Vorrichtungen sind die biegsamen Anschlüsse des Schwimmeranzeigers außen dem atmosphärischen Druck ausgesetzt, so daß sie die Messung der Flüssigkeitsdichte nur in einem sehr beschränkten Druckbereich gestatten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Messen der Dichte von Medien bei beliebigen Drücken über einen relativ weiten Druckbereich zu schaffen, bei der außerdem die vorstehend im einzelnen erläuterten Nachteile vermieden werden. Hierbei soll nicht nur eine von Druckschwankungen im zu messenden Medium unabhängige Dichtemeßvorrichtung geschaffen, sondern diese Meßvorrichtung soll gleichzeitig auch so einfach wie möglich ausgebildet werden.

Diese Aufgabe wird mit der eingangs genannten Dichtemeßvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das als wärmeisoliertes Druckgefäß ausgebildete Gehäuse von einem den Schwimmeranzeiger umgebenden Bezugsmedium ausgefüllt ist, dessen Expansionskoeffizient im wesentlichen gleich dem des zu messenden Mediums ist, und daß zum Druckausgleich zwischen Bezugsmedium und zu messendem Medium eine Membrantrennvorrichtung vorgesehen ist, die einerseits vom Bezugsmedium und andererseits von dem zu messenden Medium druckbeaufschlagt ist.

Es ist zwar eine Dichtemeßvorrichtung bekannt, die eine durch eine Membran betätigte Druckausgleichsvorrichtung aufweist. Jedoch ist diese bekannte Druckausgleichsvorrichtung im Gegensatz zur Erfindung nicht zwischen Bezugsmedium und zu messendem Medium vorgesehen, sondern vielmehr an der einen Seite mit einer Hilfskammer verbunden, die eine neutrale Flüssigkeit enthält, welche einen induktiven Geber umgibt, der von dem zu messenden Medium abgetrennt ist.

Im Gegensatz zu dieser bekannten Vorrichtung dient die Membranvorrichtung bei der erfindungsgemäßen Dichtemeßeinrichtung dazu, einen Druckausgleich zwischen Bezugsmedium und zu messendem Medium herbeizuführen. Hierdurch werden die von dem zumessenden Medium durchströmten biegsamen Anschlüsse des Schwimmeranzeigers vollständig entlastet, so daß die erfindungsgemäße Meßeinrichtung bei beliebigen Drücken verwendet werden kann, ohne daß eine Korrektur bei Druckänderungen erforderlich ist. Da bei den Messungen, für die die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeignet ist, z. B. bei Dichtemessungen in Kreisläufen, sehr leicht Druckänderungen auftreten, erhält man gerade in diesen Fällen eine Unabhängigkeit von Druckschwankungen und damit eine hohe Meßgenauigkeit.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Membrantrennvorrichtung als Dose ausgebildet, zwischen deren beiden Hälften eine Membran eingesetzt ist, wobei die eine Hälfte der Membrantrennvorrichtung auf der Einlaßleitung für das zu messende Medium aufgesetzt und die andere Hälfte mittels einer Verbindungsleitung mit dem Druckgefäß verbunden ist.

Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden also folgende Vorteile erreicht:

Die Dichte des Mediums kann mittels dieser Vorrichtung bei jedem beliebigen Druck in einem geschlossenen System gemessen werden, wobei sichere und einfache Betriebsbedingungen geschaffen werden; die Dichtemessungen des Mediums sind verläßlich, da sie für die gesamte Strömungsmenge unter unveränderten Bedingungen, wie Druck, Temperatur, Lösungsgas oder Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, Gehalt an festen Bestandteilen usw., durchgeführt werden; das Ausspülen der Vorrichtung mit unter Druck stehendem Reinigungsmedium ist möglich; es erfolgt ein Selbstausgleich der Temperatur.

Ein Beispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung erläutert, in der

Fig. la einen horizontalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einem U-Rohr-Schwimmeranzeiger und

3 4

Fig. Ib einen horizontalen Längsschnitt einer Wandlers 6 herauszuführen, und besitzt die Füllanderen Ausführungsform mit einem Schwimmer- öffnung 14 sowie die Entleerungsöffnung 15 für das anzeiger mit konzentrischen Rohren darstellt. Bezugsmedium, um dieses in das Gefäß ein- bzw. aus Die Ausführung 1 a umfaßt eine Einlaßleitung 1, ihm abzuführen. Die Ausrichtung des Geräts in horidurch welche das zu messende Medium in einen 5 zontaler Lage wird mittels der Grundplatte 16 bewirkt. U-rohrförmigen Schwimmeranzeiger 2 eintritt, der an Die Betriebsweise des Geräts gemäß beider Auseinem Gelenk 3 gelenkig befestigt ist. Der U-förmige führungen nach den F i g. 1 a und 1 b ist wie folgt: Schwimmeranzeiger 2 ist mit biegsamen Anschlüs- Das zu messende Medium wird von einem zirkuliesen 4 versehen, die alle bekannt sind. Das gemessene renden Hauptstrom entweder mittels eines Bypasses Medium fließt aus dem Schwimmeranzeiger 2 durch io oder direkt zugeführt. Das Medium zirkuliert dann eine Auslaßleitung 5 aus. Der Schwimmeranzeiger 2 durch den Dichtemesser mit der gesamten oder einer ist mit einem elektrischen Gewichtswandler 6 bekann- Teilströmungsmenge bzw. Strömungsgeschwindigkeit ter Art verbunden. Sowohl der Schwimmeranzeiger 2 des Hauptstroms, und zwar abhängig von der Geals auch der elektrische Gewichtswandler 6 tauchen samtströmungsmenge bzw. Geschwindigkeit des in ein Bezugsmedium ein, das einen Expansions- 15 Hauptstroms und der Größe des Geräts. Während koeffizienten besitzt, der so nahe wie möglich an dem des gesamten Betriebes werden Druck und Tempedes gemessenen Mediums liegt, und das weiterhin ratur, der Gehalt an gelöstem Gas oder leichtsiedeneine hohe Dielektrizitätskonstante besitzt. Das Be- dem Bestandteil oder Feststoffgehalt auf denselben zugsmedium ist in einem Druckgefäß 7 eingeschlos- Werten wie im Hauptstrom gehalten. Das durch die sen, das mit einer flachen Deckplatte 8 versehen ist, ao Einlaßleitung 1 eintretende Medium fließt durch den an der die Einlaßleitung 1 und die Auslaßleitung 5 Schwimmeranzeiger 2, wodurch dieser veranlaßt wird angeschlossen sind und die einen Verbindungsfitting 9 relativ zum Gelenk 3 aufwärts oder abwärts zu für eine zu einem Membranscheider oder Membran- drehen, und zwar abhängig von der Gewichtsdiffetrennvorrichtung 11 bekannter Art, die auch an der renz zwischen dem Betrag an im Schwimmeranzei-Einlaßleitung 1 liegt, führende Leitung 10 trägt. Der as ger 2 enthaltenem Medium und dem Betrag an BeZugang zu dem elektrischen Gewichtswandler oder zugsmedium, das durch den Schwimmeranzeiger 2 -übertrager 6 im Druckgefäß 7 wird durch eine ent- verdrängt wird, und weiter abhängig von dem Gefernbare Deckplatte 12 ermöglicht. Die Zuleitung zu wichtsausgleich des leeren Schwimmeranzeigers 2. Die dem elektrischen Gewichtswandler 6 geht durch resultierende Auftriebskraft, die auf den Schwimmereinen abgedichteten Stopfen 13 hindurch, der in der _3o anzeiger 2 wirkt und die direkt proportional der Wandung des Druckgefäßes 7 liegt, um auf diese Dichte des gemenssenen Mediums ist, wird direkt Weise eine Verbindung zu einem Anzeige- und durch den elektrischen Gewichtswandler 6 gemessen, Wiedergabesystem oder einem Verstärkungskreis für der zusammen mit dem Schwimmeranzeiger 2 in dem ein Regelschleifensystem herzustellen, mit welchem i_m Druckgefäß 7 enthaltenen Bezugsmedium eindas Gerät verwendet wird. Zum Füllen oder Ent- 35 taucht. Das gemessene Medium wird dann kontifernen des Bezugsmediums sind eine Füllöffnung 14 nuierlich zum zirkulierenden Hauptstrom durch die und eine Entleerungsöffnung 15 vorgesehen. Zur Aus- Auslaßleitung 5 hindurch zurückgeführt, richtung des Geräts wird eine Grundplatte 16 verwen- Die Membrantrennvorrichtung 11, die an der Eindet, die Mittel trägt, um das Gerät horizontal zu laßleitung 1 liegt und mit dem Gefäß 7 über die Leilegen. 40 tung 10 in Verbindung steht, gestattet, daß der Druck Das Gerät gemäß der Ausführung nach Fig. Ib des gemessenen Mediums, das in dem Schwimmerist dem der Ausführung nach Fig. la ähnlich mit anzeiger 2 enthalten ist, und derjenige des Bezugs-Ausnahme, daß es einen konzentrischen Rohr- mediums außerhalb des Schwimmeranzeigers 2 zu Schwimmeranzeiger verwendet. In diesem Fall um- allen Zeiten gleich gehalten wird. Auf diese Weise faßt das Gerät die Einlaßleitung 1, durch welche das 45 wird dank der Null-Druckdifferenz, bei der das Gerät gemessene Medium in den Schwimmeranzeiger 2 ein- betrieben wird, die sichere Verwendung der biegtritt, der vom konzentrischen Rohrtyp ist und der so samen Anschlüsse 4 und des dünnwandigen Schwimangebracht ist, daß er vertikal um das Gelenk 3 be- meranzeigers 2 möglich, ohne Rücksicht auf den wegbar ist. Der Schwimmeranzeiger 2 ist mit bieg- Arbeitsdruck des gemessenen Mediums. Gleichzeitig samen Anschlüssen 4 versehen, die alle von bekann- 50 wird dank der dünnen Wände des Schwimmeranzeiter Art sind. Der Schwimmeranzeiger 2 ist an den gers 2, des engen thermischen Kontakts zwischen dem elektrischen Gewichtswandler 6 von irgendeinem be- gemessenen Medium, das kontinuierlich durch den kannten Typ angeschlossen. Schwimmeranzeiger 2 fließt und dem geringen Betrag Der Schwimmeranzeiger 2 und der Gewichtswand- an Bezugsmedium, das im Druckgefäß 7 enthalten ist, ler 6 tauchen in ein Bezugsmedium ein, das einen 55 ein Temperaturausgleich beider Medien ermöglicht. Expansionskoeffizienten besitzt, der sehr nahe an Unter der Annahme, daß der Expansionskoeffizient dem des gemessenen Mediums liegt und das eine hohe des Bezugsmediums sehr nahe an dem des gemesse-Dielektrizitätskonstante aufweist. Das Bezugsmedium nen Mediums liegt, ist auf diese Weise ein Selbstausist in dem Druckgefäß 7 enthalten, das an seiner gleich von Temperaturänderungen immer möglich, da Außenseite wärmeisoliert ist und mit der Deckplatte 8 60 die Dichtemessungen durchgeführt werden, indem die versehen ist, die die Auslaßleitung 5 für das gemes- Gewichte zweier konstanter und bekannter Volumina, sene Medium und den Verbindungsfitting 9 für das die dieselbe Temperatur haben, verglichen werden. Rohr 10 trägt, das zu der Membrantrennvorrichtung Jeder unerwünschte Einfluß der Umgebungstemperall bekannter Art führt, die letztere auf bzw. an der tür wird durch die äußere Wärmeisolierung des Ge-Einlaßleitung 1 liegt. Das Druckgefäß 7 ist mit der 65 räts vermieden. Die Volumenunterschiede des Bezugsentfernbaren Deckplatte 12 versehen und weist den mediums, die als Folge von Temperaturänderungen abgedichteten Stopfen 13 bekannter Art auf, der dazu in dem gemessenen Medium auftreten, werden durch dient, die Zuführungen des elektischen Gewichts- die Verformung der Membran in der Trennvorrich -

tung 11 aufgenommen, die von solcher Größe ist, daß sie dem Gesamtvolumen des im Gerät enthaltenen Bezugsmediums und dem Arbeitstemperaturbereich, für den das Gerät entworfen ist, entspricht. Die Empfindlichkeit des Geräts ist keine Funktion des spezifisehen Gewichts des Bezugsmediums. Tatsächlich ist das Gewicht des mit dem gemessenen Medium (G) gefüllten Schwimmeranzeigers, das durch den Wandler 6 gemessen wird, durch die Gleichung gegeben:

10

G₀ das Gewicht des leeren Schwimmeranzeigers,
F₀ das äußere Volumen des Schwimmeranzeigers, y_m das spezifische Gewicht des gemessenen Mediums, y_T das spezifische Gewicht des Bezugsmediums sind.

Da G₀ konstant ist und (F₀ ■ y_r) ebenfalls konstant ist und diese Werte anfänglich ausgeglichen worden sind oder eine Eichkonstante der Skala darstellen, folgt, daß das Gewicht des mit gemessener Flüssigkeit gefüllten Schwimmeranzeigers 2 eine Funktion des spezifischen Gewichts dieses Mediums ist, und zwar gemäß der Gleichung:

Es soll auch festgestellt werden, daß die Empfindlichkeit des Geräts nicht durch Volumenänderungen des Schwimmeranzeigers 2 auf Grund der Expansion oder der Kontraktion des Schwimmeranzeigers 2 beim Auftreten von Temperaturveränderungen in dem gemessenen Medium beeinfluß wird, da die Volumina oder Gewichte der miteinander verglichenen Meß- und Bezugsmedien über die gesamten Messungen proportional sind, indem vorgesehen wird, daß die Expansionskoeffizienten der beiden Medien sehr dicht beieinanderliegen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Dichte von Medien bei beliebigen Drücken mit einem von dem Medium kontinuierlich durchströmten und in einem Gehäuse angeordneten Schwimmeranzeiger, welcher über biegsame Anschlüsse mit einer Einlaß- bzw. Auslaßleitung für das Medium versehen und an einen elektrischen Gewichtswandler angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das als wärmeisoliertes Druckgefäß (7) ausgebildete Gehäuse von einem den Schwimmeranzeiger (2) umgebenden Bezugsmedium ausgefüllt ist, dessen Expansionskoeffizient im wesentlichen gleich dem des zu messenden Mediums ist, und daß zum Druckausgleich zwischen Bezugsmedium und zu messendem Medium eine Membrantrennvorrichtung (11) vorgesehen ist, die einerseits vom Bezugsmedium und andererseits von dem zu messenden Medium druckbeaufschlagt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrantrennvorrichtung (11) als Dose ausgebildet ist, zwischen deren beiden Hälften eine Membran eingesetzt ist, und daß die eine Hälfte der Membrantrennvorrichtung (U) auf der Einlaßleitung (1) für das zu messende Medium aufgesetzt und die andere Hälfte der Membrantrennvorrichtung (11) mittels einer Verbindungsleitung (10) mit dem Druckgefäß (7) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen