DE1598280C - Permeabilitatsmeßvornchtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Permeabilitätsmeßvorrichtung, welche eine Permeabilitätszelle sowie einen an deren abströmseitiges Ende angeschlossenen, eine Gaszone aufweisenden sowie Meßflüssigkeit enthaltenden, die Menge des durch die Permeabilitätszelle strömenden Gases mittels Flüssigkeitsverdrängung bestimmenden Mengenmesser aufweist, wobei die Gaszone des Mengenmessers an eine einen Unterdruck erzeugende Vorrichtung anschließbar ist..

In zahlreichen Industriezweigen ist es erforderlich, die spezifische Oberfläche von pulverförmigem Gut zu bestimmen, so insbesondere in der Zementindustrie diejenige des Zementstrohmehls und des Zements, aber beispielsweise auch in Gießereibetrieben diejenigen des Formsandes sowie in der Keramikindustrie und in vergleichbaren Gebieten. Eine der verbreitetsten Methoden hierzu ist die Messung der Gaspermeabilität eines Preßlings des zu untersuchenden pulverförmigen Gutes.

Zur Durchführung einer solchen Permeabilitätsmessung sind zahlreiche, im Grund jedoch gleiche Apparate entwickelt worden, wobei in der Zementindustrie derjenige nach Blaine die größte Bedeutung erlangt hat. Dieser und vergleichbare Apparate weisen eine den Preßling aus dem zu untersuchenden Gut aufnehmende Permeabilitätszelle auf, die an ein Druckgefälle gelegt wird, wobei zwei in einem U-Rohr miteinander kommunizierende Flüssigkeitssäulen die Druckdifferenz bewirken. Diesen Geräten haftet der Mangel an, daß die für die Messung wirksame Druckdifferenz im Laufe der Messung ständig abnimmt. Dadurch leidet die Genauigkeit der Messung, und zudem sind zeitraubende Rechnungen notwendig, um aus den Durchlaufzeiten für ein vorgegebenes Gasvolumen die spezifische Oberfläche ' des geprüften Gutes zu ermitteln. Ein weiterer Nachteil dieser Apparate besteht darin, daß die Gutmenge, die mit je einer Messung untersucht werden kann, sehr klein und daher nicht in jedem Fall wirklich repräsentativ ist.

Bei Permeabilitätszellen zur Bestimmung der Gasdurchlässigkeit sind Meßmethoden, die nach dem manometrischen Prinzip und solche, die nach dem volumetrischen Prinzip arbeiten, bekannt, bei denen im ersten Fall der Druckanstieg auf der Unterdruckseite bei konstantem Meßvolumen und im zweiten Fall das durch den Prüfling diffundierende Gasvolumen bei konstanter Druckdifferenz beiderseits des Prüflings gemessen wird.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu überwinden. Zu diesem Zweck wird eine Permeabilitätsmeßvorrichtung der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß der Mengenmesser zwei übereinander angeordnete, Meßflüssigkeit enthaltende Meßflüssigkeitsbehälter aufweist, der obere Meßbehälter im Räume fest, gegen die Umgebung abgeschlossen und mit seiner Gaszone mit dem abströmseitigen Ende der Permeabilitätszelle verbunden ist, der untere Meßflüssigkeitsbehälter oben offen ist und auf einer Waagschale einer Waage aufliegt, und ein mit dem oberen Meßflüssigkeitsbehälter fest verbundenes Meßflüssigkeitsrohr in seinem unteren Bereich in den unteren Meßflüssigkeitsbehälter mündet und darin bis unter den Meßflüssigkeitsspicgel führt, durch welches Meßflüssigkeilsrohr eine der durch die Permeabilitätszelle strömenden Gasmenge entsprechende Meßflüssigkeitsmenge, die durch das Gas aus dem oberen Meßflüssigkeitsbehälter verdrängt wird, in den unteren Meßflüssigkeitsbehälter strömt, und daß die Waage so ausgelegt ist, daß der unter dem Einfluß des Gewichtes der zu messenden Meßflüssigkeitsmenge zurückgelegte Weg der Waagschale so groß ist, wie die Summe der Absenkung des Meßflüssigkeitsspiegels im oberen Meßflüssigkeitsbehälter und des gleichzeitigen, entsprechenden Anstieges des Meßflüssigkeitsspiegels im unteren Meßflüssigkeitsbehälter.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels in vereinfachter Form näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Permeabilitätsmeßvorrichtung, teilweise im Schnitt, und

F i g. 2 und 3 den Mengenmesser der F i g. 1 je in unterschiedlichen Betriebslagen in kleinerem Maßstab.

Einander entsprechende Teile weisen in allen Figuren gleiche Bezugszeichen auf.

Die in F i g. 1 dargestellte Permeabilitätsmeßvorrichtung weist eine bekannte Permeabüitätszelle 1 auf. Die Permeabilitätszelle weist einen Zylinder 2 mit einem Siebboden 3 auf, und sie dient der Aufnahme der zu messenden Gutprobe 4. Diese besteht aus einer stets gleichen, jeweils genau abgewogenen Menge von zu prüfendem, feinkörnigem Gut, welche zwischen zwei Filterpapieren 5, deren Strömungswiderstand gegenüber demjenigen der Gutprobe 4 vernachlässigbar klein ist, auf den Siebboden 3 aufgegeben und mit einem passenden Pulgerkolben auf eine konstante Höhe gepreßt wird. Der Zylinder 2 der Permeabilitätszelle 1 ist an seinem unteren Ende über eine gegenüber der Umgebung dichte, konische Steckverbindung 6 mit einem Rohrstück 7 verbunden, in welches ein Ventil 8 eingeschaltet ist und welches in die Gaszone 9 eines Mengenmessers mündet.

Der Mengenmesser weist einen oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10, in dessen oberem Bereich sich die genannte Gaszone 9 befindet, sowie einen unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11 auf. Beide Meßflüssigkeitsbehälter 10, 11 weisen vertikale Seitenwände und horizontale, kreisrunde Böden gleicher Oberfläche auf und sind koaxial zueinander angeordnet. Der obere Meßflüssigkeitsbehälter 10 ist im Raum fest, gegen die Umgebung abgeschlossen und mit seiner Gaszone 9 über eine Vakuumleitung 12 an eine Vakuumpumpe 13 anschließbar. In die' Vakuumleitung 13 ist ein Dreiwegehahn 14 eingeschaltet, dessen dritter Stutzen an ein aus einem mit Flüssigkeit gefüllten U-Rohr bestehendes Manometer 15 angeschlossen ist. Der untere Meßflüssigkeitsbehälter 11 ist oben offen, und er liegt auf der Waagschale 16 einer Neigungswaage 17 auf. Der unter der Einwirkung des zu messenden Gewichtes zurückgelegte Weg der Waagschale 16 der Waage ist proportional zu diesem Gewicht. Ein mit dem oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10 fest verbundenes, zu beiden Meßflüssigkeitsbehältern 10, 11 koaxiales Meßflüssigkeitsrohr 18 mündet in den unteren Bereich des Meßflüssigkeitsbehälters 10 und führt von oben in den unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11. Im oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10, im Meßflüssigkeitsrohr 18 sowie im unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11 befindet sich Meßflüssigkeit. Der Meßflüssigkeitsspiegel im oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10 ist mit 19 und der Meßflüssigkeitsspiegel im unteren Meßflüssig-

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keitsbehälter 11 ist mit 20 bezeichnet. Die Meßflüs- drängt bzw. über das Meßflüssigkeitsrohr 18 in den sigkeit in den beiden Meßflüssigkeifsbehältern 10, 11 unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11 abgelassen,
kommuniziert über das Meßflüssigkeitsrohr 18, des- Die aus dem oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10 in sen untere Öffnung 21 unter dem Meßflüssigkeits- den unteren' Meßflüssigkeitsbehälter 11 überströspiegel 20 im unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11 5 mende Meßflüssigkeit erhöht das Gewicht dieses auf liegt. Dabei wirken das Vakuum in der Gaszone 9 der Waagschale 16 aufliegenden unteren Meßflüssigdes oberen Meßflüssigkeitsbehälters 10 auf den keitsbehälters 11. Demzufolge senkt sich die Waag-Meßflüssigkeitsspiegel 19 in jenem einerseits und der schale 16 unter dem Einfluß des Gewichtes der züge-Umgebungsdruck auf den Meßflüssigkeitsspiegel 20 strömten Meßflüssigkeit, und das Gewicht dieser zuim unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11 andererseits io geströmten Meßflüssigkeit kann auf der Gewichtsderart ein, daß eine Meßflüssigkeitssäule von der skala 22 der Waage 17 abgelesen werden, und da das durch den oberen Meßflüssigkeitsspiegel 19 und den spezifische Gewicht der Meßflüssigkeit — meistens unteren Meßflüssigkeitsspiegel 20 bestimmten Höhe H Wasser — sowie des die Permeabilitätszelle 1 durchaufrechterhalten wird. Dieser Höhe H der Flüssig- strömenden Gases — Luft — bekannt ist, läßt sich keitssäule entspricht auch die Differenz der Höhen 15 auch ohne weiteres die Gasmenge bestimmen, die der beiden kommunizierenden Flüssigkeitssäulen im während einer vorgegebenen Zeitdauer durch die Manometer 15. . Gutprobe 4 strömt, woraus sich deren spezifische

Die Waage 17 ist so ausgelegt, daß der unter dem Oberfläche in bekannter Weise leicht errechnen läßt.

Einfluß des Gewichtes der Meßflüssigkeitsmenge, die In der Praxis wird vorteilhafterweise die Zeit gemes-

jeweils vom oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10 über so sen, innerhalb welcher die Anzeigenadel 23 der

das Meßflüssigkeitsrohr 18 in den unteren Meßflüs- Waage 17 den Weg von einer Gewichtsmarke zur

sigkeitsbehälter 11 strömt, zurückgelegte Weg der anderen zurücklegt.

Waagschale 16 so groß ist, wie die Summe der Ab- Die eigentliche Zeitmessung setzt dabei erst ein, Senkung des Meßflüssigkeitsspiegels 19 im oberen nachdem eine gewisse geringe Menge von Meßflüs-Meßflüssigkeitsbehälter 10 und des gleichzeitigen, 35 sigkeit bereits vom oberen in den unteren Meßflüssigentsprechenden Anstieges des Meßflüssigkeitsspiegels keitsbehälter geflossen ist und sich konstante Strö-20 im unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11. Da beide mungsverhältnisse in der Permeabilitätszelle einge-Meßflüssigkeitsbehälter 10, 11 senkrechte Seiten- stellt haben. .
wände und Böden gleicher Oberfläche aufweisen Da der angelegte Differenzdruck während der und demgemäß ein Absenken des Flüssigkeitsspie- 30 ganzen Meßdauer konstant bleibt, kann das Resultat gels 19 ein entsprechendes, gleichwertiges Ansteigen der Zeitmessung für das vorgegebene Gasvolumen des Flüssigkeitsspiegels 20 zur Folge hat, beträgt der analog auf einen Wert umgerechnet werden, der provon der Waagschale 16 bei einem Strömen von Meß- portional zur spezifischen Oberfläche des Prüfgutes flüssigkeit aus dem oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10 in cm²/g nach Blaine ist. Es ist deshalb möglich, in den unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11 zurück- 35 die Meßzeit analog beispielsweise in ein elektrisches gelegte Weg das Doppelte der Absenkung des Flüs- Signal umzuwandeln, das auf ein auf Blaine geeichsigkeitsspiegels 19 im oberen Meßflüssigkeitsbehälter tes elektrisches Anzeigeinstrument gegeben wird, 10 bzw. des Anstieges des Flüssigkeitsspiegels 20 im von welchem die spezifische Oberfläche des Prüfgutes unteren Meßflüssigkeitsbehälter 11. direkt abgelesen werden kann.

Die dargestellte Permeabilitätsvorrichtung arbeitet 40 In den F i g. 2 und 3 ist der Mengenmesser in je folgendermaßen. Das Ventil 8 wird geschlossen und einer Betriebslage dargestellt, bei welcher die Ander Dreiwegehahn 14 in die in der Zeichnung darge- zeigenadel 23 der Waage 17 auf einer der Marken stellte Lage gedreht. Durch die Vakuumpumpe 13 24 und 25 der Gewichtsskala 22 steht. In F i g. 2 bewird die in der Gaszone 9 des oberen Meßflüssig- findet sich noch verhältnismäßig viel Meßflüssigkeit keitsbehälters 10 befindliche Luft abgesaugt. Da- 45 ^im oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10, und die Andurch wird der Flüssigkeitsspiegel 19 im oberen zeigenadel 23 der Waage 17 steht auf der Marke 24 Meßflüssigkeitsbehälter 9 angehoben, und es wird der Gewichtsskala 22. Die Höhe H der Flüssigkeits-Meßflüssigkeit aus dem unteren Meßflüssigkeits- säule wird durch den oberen Meßflüssigkeitsspiegel behälter 11 über das Meßflüssigkeitsrohr 18 in den 19 und durch den unteren Meßflüssigkeitsspiegel 20 oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10 hinaufgehoben. 5° bestimmt. Die Fig. 3 zeigt den Mengenmesser in Alsdann wird der Dreiwegehahn 14 in diejenige Lage einer Betriebslage, bei welcher eine solche Menge gedreht, bei welcher die Gaszone 9 des oberen Flüs- Meßflüssigkeit vom oberen in den unteren Meßsigkeitsbehälters 10 mit dem Manometer 15 in Ver- flüssigkeitsbehälter 11 geströmt ist, daß sich der bindung steht, von der Vakuumpumpe 13 aber ge- obere Meßflüssigkeitsspiegel um den Weg S abgetrennt ist. 55 senkt hat; der ursprüngliche, dem Betriebszustand

In der Gaszone 9 des oberen Meßflüssigkeitsbehäl- gemäß der Fig. 2 entsprechende Meßflüssigkeitsters 10 herrscht ein von der durch den Meßflüssig- spiegel 19 ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt, keitsspiegel 19 und durch den Meßflüssigkeitsspiegel und der neue Flüssigkeitsspiegel ist mit 19' bezeich-20 bestimmten Höhe H der Flüssigkeitssäule abhän- net. Entsprechend ist der Flüssigkeitsspiegel im untegiger Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck. 60 ren Meßflüssigkeitsbehälter 11 um den Weg A ange-Wird nun das Ventil 8 geöffnet, so strömt Umge- stiegen; der ursprüngliche Meßflüssigkeitsspiegel 20 bungsluft unter der Einwirkung dieses Unterdruckes ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt, und der durch die Gutprobe im Zylinder 2 der Permeabili- neue Meßflüssigkeitsspiegel ist mit 20' bezeichnet, tätszelle 1 hindurch in die Gaszone 9 des oberen Dabei sind die Wege S und A einander quantitativ Meßflüssigkeitsbehälters 10. Nach Maßgabe der Gas- 65 gleich. Die Waagschale 16 hat sich unter dem Einmenge, welche in die Gaszone 9 des oberen Meßflüs- fluß des Gewichtes der aus dem oberen Meßflüssigsigkeitsbehälters 10 einströmt, wird Meßflüssigkeit keitsbehälter in den unteren Meßflüssigkeitsbehälter aus diesem oberen Meßflüssigkeitsbehälter 10 ver- geflossenen Meßflüssigkeitsmenge um den Weg W

nach unten bewegt, und die Anzeigenadel 23 der Waage 17 steht auf der Marke 25 der Gewichtsskala 22. Der Weg W entspricht der Summe der Absenkung S des Flüssigkeitsspiegels im oberen Meßflüssigkeitsbehälter und des Anstieges/1 des Flüssigkeitsspiegels im unteren Meßflüssigkeitsbehälter. Dies hat zur Folge, daß die Höhe H der Meßflüssigkeitssäule, welche durch den oberen Meßflüssigkeitsspiegel und durch den unteren MeßfJüssigkeitsspiegel bestimmt wird, wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, bei jeder Höhenlage des auf der Waagschale 16 aufliegenden unteren Meßflüssigkeitsbehälters 11, mithin bei jedem Betriebszustand des Mengenmessers, gleich ist.

Durch die erfinderischen Maßnahmen erhält man eine Permeabilitätsmeßvorrichtung, in welcher eine Druckdifferenz von praktisch beliebig wählbarer Größe mit einfachsten Mitteln über eine jedem Bedürfnis entsprechende Meßdauer konstant gehalten werden kann, mit welcher Permeabilitätsmeßvorrichtung jeweils eine praktisch beliebig groß wählbare Prüfgutmenge geprüft werden kann, und deren Meßresultate direkt auf die spezifische Oberfläche des Prüfgutes in cm²/g nach Blaine umgerechnet werden können.

Die Meßflüssigkeitsbehälter können an Stelle mit Böden gleichen Flächeninhaltes auch mit solchen unterschiedlichen Flächeninhaltes versehen sein, denn auch bei dieser Ausführungsart läßt sich erreichen, daß der unter dem Einfluß des Gewichtes der zu messenden Meßflüssigkeitsmenge zurückgelegte Weg der Waagschale so groß ist, wie die Summe der Absenkung des oberen und des Anstieges des unteren Meßflüssigkeitsspiegels.

Nötigenfalls kann durch Neigen der Seitenwände des einen und/oder des anderen Meßflüssigkeitsbehälters die Charakteristik der Bewegung eines oder beider Flüssigkeitsspiegel einer nichtlinearen Charakteristik des Verhälnisses Weg zu Gewicht der Waage angepaßt werden.

Durch Ändern des senkrechten Abstanden,- J;r beiden Meßflüssigkeitsspiegel zueinander kann die Höhe der Meßflüssigkeitssäule und damit der Wert der Druckdifferenz verändert werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch Verändern der Höhenlage des oberen Meßflüssigkeitsbehälters gegenüber der Waage, wobei das beschriebene Eintauchen des Meßflüssigkeitsrohres in die Meßflüssigkeit im unteren Meßflüssigkeitsbehälter selbstverständlich gewährleistet sein muß.

Die Böden der Meßflüssigkeitsbehälter können jede beliebige Form aufweisen, insbesondere rechteckig sein, und die Meßflüssigkeitsbehälter können in waagerechter Richtung._jV gegeneinander versetzt sein; ebenso kann das Meßflüssigkeitsrohr in jedem beliebigen Bereich des Bodens des oberen Meßflüssigkeitsbehälters mit diesem verbunden sein und in jedem beliebigen Bereich der Ausdehnung in waagerechter Richtung des unteren Meßflüssigkeitsbehälters in dessen Inneres munden, und es kann anstatt senkrecht in jeder beliebigen Richtung verlaufen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anschaulichkeit halber eine Neigungswaage gezeichnet. Bei der praktischen Ausführung aber wird eine Federwaage mit linearer Charakteristik verwendet.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Permeabilitätsmeßvorrichtung, welche eine Permeabilitätszelle sowie einen an deren abströmseitiges Ende angeschlossenen, eine Gaszone aufweisenden, Meßflüssigkeit enthaltenden, die Menge des durch die Permeabilitätszelle strömenden Gases mittels Flüssigkeitsverdrängung bestimmenden Mengenmesser aufweist, wobei die Gaszone des Mengenmessers an eine einen Unterdruck erzeugende Vorrichtung anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenmesser zwei übereinander angeordnete, Meßflüssigkeit enthaltende Meßflüssigkeitsbehälter (10, 11) aufweist, der obere Meßflüssigkeitsbehälter (10) im Räume fest, gegen die Umgebung abgeschlossen und mit seiner Gaszone (9) mit dem abströmseitigen Ende der Permeabilitätszelle (1) verbunden ist, der untere Meßflüssigkeitsbehälter (11) oben offen ist und auf einer Waagschale (16) einer Waage (17) aufliegt, und ein mit dem oberen Meßflüssigkeitsbehälter (10) fest verbundenes Meßflüssigkeitsrohr (18) in seinem unteren Bereich in den unteren Meßflüssigkeitsbehälter (11) mündet und darin bis unter den Meßflüssigkeitspiegel (20) führt, durch welches Meßflüssigkeitsrohr (18) eine der durch die Permeabilitätszelle (1) strömenden Gasmenge entsprechende Meßflüssigkeitsmenge, die durch das Gas aus dem oberen Meßflüssigkeitsbehälter (10) verdrängt wird, in den unteren Meßflüssigkeitsbehälter (11) strömt, und daß die Waage (17) so ausgelegt ist, daß der unter dem Einfluß des Gewichtes der zu messenden Meßflüssigkeitsmenge zurückgelegte Weg (W) der Waagschale (16) so groß ist, wie die Summe der Absenkung (5) des Meßflüssigkeitsspiegels (19) im oberen Meßflüssigkeitsbehälter (10) und des gleichzeitigen, entsprechenden Anstieges (A) des Meßflüssigkeitsspiegels (20) im unteren Meßflüssigkeitsbehälter (11).

2. Permeabilitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter der Einwirkung des zu messenden Gewichtes von der Waagschale (16) der Waage (17) zurückgelegte Weg proportional zu diesem Gewicht ist, und daß die Seitenwände der Meßflüssigkeitsbehälter (10,11). senkrecht verlaufen.

3. Permeabilitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter der Einwirkung des zu messenden Gewichtes zurückgelegte Weg der Waagschale der Waage nicht proportional zu diesem Gewicht ist, und daß die Seitenwände eines oder beider Meßflüssigkeitsbehälter derart zur Senkrechten geneigt verlaufen, daß die nichtlineare Charakteristik des Verhältnisses Weg zu Gewicht der Waage ausgeglichen wird.

4. Permeabilitätsmeßvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Höhenunterschied zwischen den beiden Meßflüssigkeitsbehältern veränderbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen