DE1598691A1

DE1598691A1 - Messgeraet fuer Fluideigenschaften

Info

Publication number: DE1598691A1
Application number: DE19651598691
Authority: DE
Inventors: O'connor Ward Fennell
Original assignee: Lummus Co
Current assignee: CB&I Technology Inc
Priority date: 1964-04-24
Filing date: 1965-03-25
Publication date: 1970-04-16
Also published as: US3269184A; GB1083367A

Description

Meßgerät für Fluideigenschaften Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung der Dichte- oder Verdrängungseigenschaften eines Fluids zur Erzielung von Anzeigenwerten derartiger Eigenschaften entfernt vom Meßelement, und insbesondere auf eine Dehnungsmeßeinrichtung der Widerstandsbauart.
Für die Feststellung dieser Eigenschaften wie beispielsweise der Flüssigkeitsdichte oder des Flüssigkeitsniveaus einer" Fluidmenge in einer Behandlungsanlage sind optische Meßvorrichtungen in Form von Flüssigkeitsniveaumessern üblich, mit denen das Flüssigkeitsniveau oder die Fluiddichte der Flüssigkeit durch Sichtbeobachtung nahe der Behandlungsanlage festgeste. llt werden. Bei großen, heute in der Industrie verwendeten Behandlungseinrichtungen ist es in vielen Fällen unmöglich, das Flüssigkeitsniveau oder andere Eigenschaften der Flüssigkeit an den verschiedenen Stellen der Behandlungsanlage durch unmittelbare Sichtbeobachtung festzustellen. Selbst wenn solche Stellen für die Dedienungspersonen zugänglich sind, ist es erwünschter, die Vielfältigen Anzeigen der verschniedenen Eigenschaften des durch die Behandlungslage strömenden Fluids bequem an einer zentralen Stelle zu haben, die üblicherweise abseits der Behandlungsanlage liegt. Es sind verschiedene Instrumente für Fernanzeige von Fluideigenschaften entwickelt worden, welche elektrische Einrichtungen für die Fernangabe der augenblicklichen Fluideigenschaften an einer oder nehreren Stationen entlang der Behandlungsanlage besitzen. Eine herkömmliche Methode zur Bestimmung des spezifischen Gewichts einer Flüss, igkeit oder des F'lüssigkeitsniveaus dieser Flüssigkeit in einer Behandlungsanlage besteht in der Anwendung eines Schwimmkörpers vorbestimmter Masse und vorbestimmten Volumens, welcher teilweise oder ganz in die Flüssigkeit eingetaucht wird, deren Eigenschaften bestimnt werden sollen. Der resultierende Verdrängungswiderstand der Flüssigkeit auf dem Schwimmkörper ist hier eine Meßangabe für~die Flüssigkeit oder das spezifische Gewicht-der vom Schwimmkörper verdrängten Flüssigkeit; es sind die verschiedensten elektrischen Einrichtungen für die Anzeige des Verdrängungswiderstandes auf den Schwimmkörper an einer von diesen-entfernten Stelle entwickelt worden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes Gerät für die Messung der Schwimmkörper-Verdrängungseigenschaften 'des Fluids, in dem das Meßelement oder der Übertrager und das Verdrängungselement innerhalb einer. einen Teil der Behandlungsaniage bildenden Einrichtung wie Kessel oder Kammer unmittelbar angeordnet werden können, wodurch Fehler in der Messung infolge der entfernten Anordnung des Meßelements von der dem Schwimmkörper enthaltenden Kammer vollständig ausgeschaltet werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Gerät zur Messung der Verdrängungseigenschaften eines Fluids, bei dem der Schwimmkörper unmittelbar an einen elektrischen Übertrager in der Form eines Dehnungselements angeschlossen ist und bei dem durch unmittelbare mechanische Beanspruchung ein gleichförmiges Signal vom Dehnmeßelement erhalten wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Gerät dieser Bauart, bei der die äußerst kleine für die Erzielung des gewünschten Ausgangssignals benötigte Bewegung des Fluidverdrängungselements eine mit einer mininalen Einwirkung auf die Genauigkeit verbundene Führung des Schwimmkörpers erlaubt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Gerät dieser Bauart, bei decyl das Dehnungselement ohne Schwierigkeit gegenüber der Atmosphäre der Kammer geschützt werden kann die das Fluid mit den zu messenden Eigenschaften enthält.
Eine weitere Aufgabe ist ein Meßsystem derjenigen Bauart, die für die elektrische Fernanzeige geeignet ist, einen äußerst geringen Energieverbrauch hat, für lange Zeitperioden arbeitet, inneriicii elektrisch zuvcrlässig ist, unter rauhen Bedingungen betrieben werden kann und minimale Wartungskos t en erfordert, Die Erfindung wird in der folgenden detaillierten eschreibung erläutert, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erfolgt, welche in Form von Beispielen die Ilauptmerkmale der Erfindung und. die besten Möglichkeiten für die Anwendung solcher Merkmale zeigen.
Figur 1 zeigt in einem Seitenaufriß und teilweise geschnitten eine Ausführungsform nach der Brfindung und verdeutlicht schematisch die betriebsmäßige Verbindung des Geräts mit einem Anlagekessel zur Messung der Flüssigphase.
Figur 2 zeigt in vergrößertem Seitenaufriß im Schnitt einen Teil des Geräts nach der Figur 1, der im einzelnen die tb'ertragerteile der Vorrichtung verdeutlicht.
Figur 3 ist eine Draufsicht entlang der Linie 3 - 3 auf einen Teil der Ausführungsform nach Figur. 2 und zeigt den Übertrager und dessen Anbringung,.
Figur 4 zeigt im Seitenaufriß in einem Schnitt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine andere Anbringung des Übertragers verdeutlicht.
Figur 5 zeigt in einem Seitenaufriß im Schnitt eine dritte Aus führungsform der Erfindung.
Figur 6 ist eine Draufsicht auf. einen Teil der Vorrichtung gemäß Figur 5.
Figur 7 zeigt'in einem Seitenaufriß im Schnitt eine vierte Ausführungsforn der Erfindung.
Figur 8 zeigt im Seitenaufriß im Schnitt eine fünfte Ausfüilrungsform der Erfindung.
Figur 9 zeigt im Seitenaufriß im Schnitt eine sechste Ausführungsform der Erfindung.
Figur lo ist eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Figur 9.
F-igur 11 zeigt im Seitenaufriß in einem Schnitt eine siebente Ausführungsform der Erfindung.
Figur 12 ist eine Draufsicht, auf die Ausführungsform nach Figur 11 Figur 13 ist ein teilweise geschnittener und teilweise schematischer Seitenaufriß, der verdeutlicht, in welcher Weise das Gerät zur Niveau- oder Dichtemessung in einem Kessel angeordnet werden kann.
Ganz allgemein besitzt das Gerät nach der Erfindung Einrichtungen zur Messung der Schwimmkörper-Verdr ngungseingenschaften eines Fluids und weist einen Schwimmkörper mit Einrichtungen zur Stützung des Schwimmkörpers für begrenzte Auf wärtsbewegung in einer Hauptfluidnenge auf. Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen, um den Schwiiinkbrper zur Erzielung einer maximalen Meßgenauigkeit konzentrisch mit einem Dehnungsmeßelement zu verbinden, wodurch das Meßelement bei kleiner Fluidverdrängung des Schwimmkörpers gleichförmig gespannt wird.
In der Figur 1 ist ein verhältnismäßig großer Fluidkessel 10 angedeutet, der Teil einer Behandlungsanlage sein kann, in der Fernanzeigen (fer Fluideigenschaften einer in den Kessel 10 befindlichen Fluidmenge erwünscht sind Die Erfindung ist auf eine Meßeinrichtung oder ein Meßgerät gerichtet, das allgemein mit 14 bezeichnet ist und dnrch die Leitungen 12a und 12b in Fluidverbindung mit der Flüssigkeitsmenge im Kessel lo steht. Die Meßeinrichtung 14 ist mit einem darin befindlichen elektrischen Übertrager zur Erzeugung elektrischer Signale versehen1 die die Fluideigenschaften der Hauptfluidmenge im Kessel lo anzeigen. Das Gerät 14 besitzt ein langgestrecktes Zylindrisches Gehäuse 16 in dünnwandiger Ausführung mit einem Paar im Abstand angeordneter Seitenoffnungen 18 und 20 und/oder einer Bodenöffnung 22, wie es üblich ist. Das Fluid zirkuliert frei in der innerhalb des zylindrischon Behälters 16 gebildeten Kammer 24 und befindet sich in Kontakt mit einem langgestreckten zylindrischen Schwimmkörper oder Verdränger 26.
In der Praxis kann der Schwimmkörper 26 von einem handelsüblichen Rohr gebildet werden, dessen Durchmesser mögliche nahe an den Durchmesser herankommt, welcher für die Verdrangung von etwa o, 5 bis 1 kg Wasser ausreicht. Der Schwimmkörper kann für eine Dichte bis angenähert 1, 1 beschwert werden; selbstverständlich können auch andere Schwimmkörperverdrängungen und Dichten zweckmäßig und notwendig sein.
In der einen Richtung wirkt das Gehäuse 16 als eine vertikale Führung für den Schwimmkörper 26, wobei es im wesentlichen jede Seitenbewegung unterdrückt, Jedoch die Einwirkung vertikaler oder nach oben und nach unten gerichteter Kräfte auf dem Schwimmkbrper 26 innerhalb der Kammer 24 gestattet, die sich aus der Verdrängung des Schwimmkörpers 26 in der Fluidmenge der Kammer 24 ergeben. Das Schwimmkörper-Verdrängungsgerät nach der Erfindung ist mit dem Gehäuse 16 körperlich verbunden und gegenüber diesem abgedichtet. Der obere Teil des Zylinders 16 ist mit einem in der Figur 2 angedeuteten Radialflansch 28 versehen, durch den eine Mehrzahl Löcher 30 gebohrt sind. Zwischen dem Flansch 28 und einem aus ähnlichem Material wie das Teil 16 gebildeten Deckel 34 ist ein elektrischer Übertrager der Meßeinrichtung untergebracht, welcher eine allgemein mit 32 bezeichnete Anordnung umfaßt.
Der Deckel besitzt eine Mehr-zahl von Löchern 36, die radial in gleicher Weise wie die Löcher 3a im Flansch 28 angeordnet sind und nir Aufnahme von allgemein mit 38 bezeichneten Bolzen dienen.
Die Anordnung 32 ist zwischen dem Deckel 34 und dem Flanschabschnitt 28 des zylindrischen Gehäuses 16, und zwar diesen gegenüber abgedichtet untergebracht. In bezug hierauf weist die Anordnung obere und untere Ringteile oder Elemente 46 und 48 auf, die zwischen sich einen ringförmigen Stützkörper 5c für einen Dehnungsmesser einschließen. Die drei Ringteile 46, 48 und 50 sind zusammengelclemmt und durch eine Mehrzahl von Halteelementen in gegenseitiger Lage gehalten, von denen eine Bauart bei 52 als Schraube dargestellt ist. Selbstverständlich können andere'Mittel für die Festlegung der Teile 46, 48 und 5o verwendet werden. Wie in der Figur 2 dargestellt, sind diese Teile blockartig zusammengeklemmt.
Das obere Ringteil ist mit einem Mittelabschnitt 54 verringerten Querschnitts versehen und besitzt dort eine Mittelöffnung 56. Ferner sind auf jeder Seite des Ringelements 46 Ringschlitze 58 vorgesehen, die zur Aufnahme von 0-Ringen od. dgl. Dichtungselementen 60 zur Gewährleistung einer fluiddichten Abdichtung zwischen den Blockelementen dienen. Entsprechend besitzt das untere Ringelement 48 einenMittelabschnitt verringerten Querschnitts 62 mit einer Mittelöffnung 64 ; auch sind an beiden Seiten des Ringelements 48 radial außerhalb des im Querschnitt verringerten Abschnitts 62 Ringschlitze 66 ausgebildet, die zur Aufnahme von Dichtungselementen, wie 0-Ringen 68, zur erzielung eines flüssigkeitsdichten Abschlusses an dieser Stelle dienen.
Das zentrale Ringelement 50 dient als radiales StUtzelement für den Übertrager der. Dehnungsmeßbauart und besitzt mit bezug hierauf einen äußeren Ringabschnitt 70, der vollständig starr und mit Hilfe der Ringteile 46 und 48 fest zwischen dem Gehäuse 16 und dem Deckel 34 angeordnet und durch die Verwendung von Dichtungselementen, wie den O-Ringen 60 und 68, abgedichtet ist. In dem Ringteil 50 ist gemäß Figur 3 eine verhältnismäßig große zentrale Öffnung 72 vorgesehen. Das Ringteil 50'besitzt ein Paar einwärts gerichtete VorsprUnge 74 und 76, die einander am Umfang der RingöfEhung 72 diametral gegenüberliegen.
Die Vorsprünge 74 und 76 sind mit verhältnismäßig dünnen Verlängerungsabschnitten 78 und 80 versehen, die biegsame Elemente bilden, die mit einem allgemein mit 82 bezeichneten zylindrischen Block verbunden sind und diesen zentral zur Öffnung 72 tragen. Der Block 82 besitzt eine zentral gelegene Einrichtung zur Aufnahme eines stabförmigen Elements 88, das an seinem unteren Ende ein muffenartiges Verbindungselement 9o aufweist, welches gemäß Figur 1 den Anschluß an eine an dem Schwimmer 26 befestigte Verbindungsstange 92 gestattet. Die Verbindungsstange 92 hat an ihrem oberen Ende einen Kugelkörper 94, der leichte Schwenlcbewegungen zwischen dem Schwimmkörper 26 und der starr gehaltenen Stange 88 gestattet. Es können auch andere Formelemente oder Ausweichmaßnahmen angewendet werden. Man erkennt, daß eine Längs- oder Axialbewegung des Schwimmkörpers 26 innerhalb des Führungszylinders 16 infolge Fluidverdrängung zu einer Axialverschiebung des Blocks 82 und zu einer gleichförmigen Verbiegung der konzentrischen, in Form der dünnen biegsamen Verbindungselemente 78 und Bo vorliegenden Aufnahmekörper für die Dehnmeßeinrichtungen führt.
Auf beiden Außenflächen oder auch innerhalb der Elemente 78 und 8o können übliche Dehnmeßelemente angeordnet werden.
In der Figur 3 ist beispielsweise ein Dehnungsmeßelement 96 auf dem links gelegenen Biegungselement 78 und ein Dehnungsmeßelement 98 auf dem : rechts gelegenen Biegungselement 8c angebracht, und zwar jeweils auf deren Oberseite. Zur Verbindung der Dehnmeßelemente mit den zugehörigen elektrischen Stromquellen ist in dem großen Ringelement 50 eine zentrale Bohrung 100 vorgesehen, die sich durch den verlängerten Abschnitt 102 des Elements 50 erstreckt und kurz vor dem Vorsprung 76 endet. Ein Paar von diagonalen, relativ dünnen Verbindungsöffnungen 104 und 106 gestattet es, die dünnen elektrischen-Drähte 107 und 108, die die Leitungen zu dem Meßelement 96 bilden, von der außerhalb der Einrichtung befindliche Öffnung 11o durch die zentrale Bohrung 100 und durch die zugehorigen geneigten Bohrungen 104 und 106 zu einer Kammer 112 zu führen, um sie mit dem Widerstandsdehnmeßstreifen 96 zu verbinden. In ähnlicher Weise erstrecken sich Leitungen 114 und 116 von der Öffnung 11o durch die große Bohrung loo und die zugehörigen kleinen Bohrungen lot und 1Q6 ZU ihren Anschlußstellen an das Widerstandsdehnmeßelment 98 in der Kammer 118. Die Leitungen 114 und 116 sind in den Bohrungen 100, 104, 106 isoliert.
Die Kammern 112 und 118 sind durch Verwendung cines Paars relativ dünner nachgiebiger Membranen 120 und 122 gebildet, die mit ihrem Innenrand mit dem oberen bzw. unteren Ende des Blocks 82 verbunden und an ihrem Außenrand zwischen dem Ringkörper 50 und, den Ringteilen 46 und 48 eingeklemmt sind. Die nachgiebigen Membranen, 120, 122 können aus Dletall, Kunststoff, Gewebe od.dgl. Material bestehen, das von der Arbeitsweise der Meßeinrichtung abhängt.
Somit sind die elektrischen Übertragungselemente in Form dünner Widerstands-Dehnmeßeinrichtungen 96 und 98 durch die obere und untere Membrane 120 und 122 von den Einrichtungen in der Kammer 24 geschützt. Die elektrischen Leiter 107, 108 und 114 und 116 sind an übliche Fernanzeigegeräte (nicht gezeigt) angeschlossen und verwenden kleine elektrische Ströme oder Spannungen. Übliche Dehnungsmeßeinric1itunen sind bekannt und können Wheatston'sche Brücken oder andere Schaltungen aufweisen, die feste Widerstände verwenden, während der lriderstand der Elemente 96 und 98 veränderlich ist und zusätzlich in die elektrische Schaltung einbezogen wird. Daher ist das Meßelement für sehr kleine Leistungsbeträge bestimmt.
Es können die verschiedensten Kraftquellen benutzt werden, jed-e Kraftzelle niedriger Energie oder -jedeHilfskraft quelle kann für lange Zeiträume benutzt werden. Ein prakti scher Vorschlag zur Schaffung von Sicherheit im Industriebetrieb ist, ein Dehnungselement mit einem Nennwiderstand in der Größenordnung von 250 bis 350 OHM zu benutzen. Die Elemente Icönnen entweder durch eine konstante Spannung' oder durch einen konstanten Strom gespeist werden, sofern die Länge der Leitungen und die Umgebung Fehler verursachen könnte. Die Speisung kann entweder mit Wechselstrom oder Gleichstrom oder Halbwellenwechselstrom erfolgen. Spannung und Gleichstromstärke können bis zu 2o Volt bzw. bis zu 30 Milliampère betragen, um den industriell erwarteten Nutzen zu erhalten.
Mit Ausnahme der Anordnung der Dehnmeß-Biegungselemente und deren konzentrische Anordnung mit Bezug auf die mechanische Biegungseinrichtung ist die Arbeitsweise der Dehnmeßelemente wie üblich. Man erkennt,, daß bei Änderung der Dichte der Fluidmenge in der Kammer 24 oder infolge Niveauänderung bei Verwendung der Vorrichtung zur Niveauanzeige die auf den Schwimmkörper 26 wirkende Kraft durch den Stab 92, die Kugel und die Muffenverbindungen 9o und 94 auf die fletätigungsstange 88 übertragen wird, wodurch sich eine kleine Verschiebung des Blocks 82 nach oben oder unten ergibt. Dabei ergibt sich eine kleine mechanische Auslenkung der Biegungselemente 78 und 80, die zu einer Widerstandsänderung inden Dehnmeßelementen 9G und 98 führt, so daß sich eine Änderung in der Stärke des elektrischen Signals ergibt, das von diesen Elementen ausgeht.
Der Abstand vom Kopfende des Schwimmkörpers oder der Mittellinie der Öffnung 18 und der Ebene der Übertragungselemente 96 und 98 kann verändert ! werden, um oberhalb des Betriebsanschlusses der Anlage an den Schwimmkörper einen Strahlungsabschnitt zu schaffen, wenn der Schwimmer 26 in einem System zur Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus irgendwo zwischen den Flüssigkeitsöffnungen 18 und 20 dient. Die Anordnung des Meßelements, d.h. des Übertragerabschnitts 48 oberhalb des flüssigkeitsverdrängten Schwimmkörpers 26 liefert einen Raum zur Ansammlung von Dampf, dessen geringe Wärmeübertragungsgeschwindigkeit den Übertrager oder das Meßelement bei fortgesetztem Einsatz unter Betriebsbedingungen, bei denen die Fluidtemperaturen sowohl überhalb als auch unterhalb der erwünschten Temperatur des Meßelements li. egen, vor unzulässigen Temperaturen schützt. Diese Maßnahme verringert auch Temperaturfehler, Wärmespannungen und wirkt in Richtung auf Verlängerung der Lebensdauer der Einrichtung, selbst wenn die Einrichtung in vorteilhafter Weise unmittelbar mit der HauptflUssigkeitsmenge 12 in der Behandlungsanlage in Verbindung steht.
Neben der Anordnung des' Meßelements und seines Verdrängungselements unmittelbar in einem Kessel, oder einer Kammer der Flüssigkeits-Behandlungsanlage kann dieses Element auch in der Weise einer versetzten herkömmiichen Schwimmerkammer mittels üblicher Flüssigkeitsleitungen mit der Behandlungsanlage verbunden sein und alle die Vorzüge der in den Figuren 1 und 3 gezeigten Ausführungsform liefern. Die Verw'endung der biegsamen Membranen 120 und 122 zur Abdichtung des Dehnmeß-Ubertragungselements 96 und 98 innerhalb der Kammern 112 und 110 ist nur eine Möglichkeit, mittels der der Ubertrager isoliert werden kann. Selbstverständlich kann jede herkömmliche Weise zur Abdichtung eines Meßelements gegen Dämpfe und Flüssigkeiten als auch zur Schaffung eines mechanischen Schutzes des Elements gegen unzulässige Tenperaturen angewandt werden.
Die Meßelemente in der Form getrennt angeordneter und angeschlossener Dehnmeßelemente sind nur Beispiel einer Möglichkeit, in der die Übertragungselemente gegenüber dem Flüssigkeitsverdrängungselement 26 konzentrisch angeordnet werden können. Das Dehnmeßelement selbst kann die verschiedensten Formen haben und aus verschiedenen Materialien bestehen, die mit denbiegsamen Stützelementen, wie sie in der ersten Ausführungsform mit 78 und 80 bezeichnet sind, durch Kleben, ohne Kleben, Halbkleben, Schweißen, Aufdrucken, fotografisch, durch Aufsprühen, durch Absetzen im Vakuum, durch filzen oder durch Kombinationen hiervon verbunden.
Außerdem ist die vorliegende Einrichtung für Betrieb in einem weiten Bereich von Temperaturen und Drücken geeignet; das dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet zufriedenstellend bei Temperaturen zwischen minus 73°C bis 4270C und bei Drucken bis u 352 kg{/cm2 Drucken bis zu 352 kg/cm (5 ooo psig.). Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Art der Stützung des Meßelements konzentrisch zum Schwimmkörper, wodurch eine kleine Ausbiegung -zu einer symmetrischen Beanspruchung der biegbaren Dehnmeßelementstütze- führt, so daß sich ein äußerst genaues Ausgangssignal des elektrischen Meßelements zur Fernanzeigeeinrichtung ergibt.
Die Anordnung für das Anbringen des Dehnelements gemäß Figur 4 bildet eine zweite Ausführungsform der-Erfindung. In diesem Fall besitzt der ringförmige Stützkörper 11oa ein wesentlich dünneres Ringelement 112a, das eine zentrale Öffnung 114a aufweist, durch die sich, die mit dem Schwimmkörper verbundene Betätigungsstange 116a erstreckt und das durch eine einfache, mit 120a bezeichnete Schraubverbindung mit einem vertikal auslenkbaren Block verbunden ist. Der Block 118a ist mit dem größeren ringförmigen Stützkörper lloa durch verhältj nismäßig dünne rechteckige Biegungsabschnitte 122a und 124 verbunden, die die angeklebten oder durch die oben angezeigte Weise angebrachten Dehnelemente tragen. Auch hier hat das äußere Ende des Hauptringkörpers 11oa einen Verlängerungsarm 126, der bei 128 zur Aufnahme der dünnen elektrischen Leitungen 129, durchbohrt ist, die von der entfernten Anzeigeeinrichtung und dem Weist des Meßsystems (nicht gezeigt) zu den Dehnelementen-131 führen, die von den biegsamen Abschnitten 122a und 124 getragen sind; die Leitung wird durch die Öffnung 128 nach außen geführt und wirksam von den mit 130 bezeichneten Kammerabschnitt abgedichtet.
Das in den Figuren 5 und 6 gezeigte Ausführungsbeispiel. ist demjenigen nach Figur 1 sehr ähnlich, mit der Ausnahme, daß auf beiden Seiten der biegsamen Elemente keine biegsamen Membranen zur Bildung einer Arbeitskammer in geschützter Atmosphäre vorgesehen sind. Diesbezüglich hat der Ringkörper 140. einen einzigen fliegungsabschnitt 142, der. sich quer über die Öffnung 144 im Ring 14o erstreckt und eine geradlinige Basis für das'Tragen von Dehnelementen 146 und 148 liefert, die auf gegenüberliegenden Seiten eines mehrteiligen Blocks 150 angeordnet sind. Der Block besitzt zwei Teile 152 und 154, die das Biegungselement 142 zwischen sich aufnehmen und mit hilfe geeigneter, bei 156 angedeuteter Mittel zusammengehalten sind.
Der Bodenblock 154 besitzt eine Zentralöffnung 158, die das Ende der mit dem verschiebbaren Schwimmkörper (nicht gezeigt) verbundenen Kupplungsstange 160 aufnimmt. Die zudem den Meßelementen 146 und 148 führenden Leitungen' 145 gehen durch die große Bohrung und die kleinen geneigten Bohrungen 166 hindurch, wie es indem IIauptausf. ührungsbeispiel gezeigt ist.
Das vierte Ausführungsbeispiel ist in der Figur 7 gezeigt. Bei diesem besitzt das geradlinige oder ringförmige Haupttragelement 170 einen relativ großen Einsprung 172 zur Aufnahme der Querbiegungselemente 174 und 176, die in der Mitte durch den Blockkörper 178 verbunden sind, der einen vorstehenden Abschnitt. in der Form eines T-förmigen Elements 180 aufweist, das sich nach oben durch die in dem Block 170 vorgesehene, zentrale Öffnung 182 erstreckt. Der horizontale Abschnitt 184 des Blocks 17o dient zur Begrenzung der Abwärtsbiegung des Blockelements 178 und des mit diesem fest verbundenen, unnittelbar mit. dem nicht dargestellten Schwimmkörper gekuppelten Schaft 186. Der große Stützkörper 170 besitzt. in ähnlicher Weise wie die zuvor, genannten Ausführungsbeispiele an einer Seite eine Verlängerung 188 mit einer großen Zentralbohrung 190, die in einem Paar von geneigten Bohrungen 192 endet und durch die die Zuleitungsdrähte 194 zu dem zugehörigen, mit den biegsamen Abschnitten 174 und 176 verklebt oder in anderer Weise verbundenen Dehnmeßelement 196 bzw. 198 führen. In diesem Fall kann der Verlängerungsabschnitt 188 vorteilhaft als mechanische Verbindung zwischen dem Meßgerät aus Schwimmkörper, seiner Unterstützung und der Übertragerunterstützung mit dem Behälter dienen, in welchem es angeordendet ist.
Die Behälterwand ist mit 198 bezeichnet, und besitzt eine Öffnung o'der ein Loch 200, durch das sich die Verlängerung 188 des Körpers 170 erstreckt. Geeignete Dichtungsmittel, die die Form eines Dichtungsringes 202 haben können, umgeben den Stützabschnitt 188, dessen äußeres Ende sich durch die Wand erstreckt. Selbstverständlich handelt es sich hier lediglich um -eine schematische Anweisung und es können zusätzliche Blaßnahmen getroffen.werden, um den Stützkörper 170 gegen vertikale Abbiegung oder Bewegung gegenüber dem Behälter zu- sichern, in dem er angeordnet ist.
Die Figur 8 bedeutet eine andere Anordnung, bei der der Stützlcörper 210 mit einer zentralen Verlängerung 212 versehen ist, die das Anbringen an einem horizontalen Deckel oder Wandabschnitt statt an einem vertikalen Wandabschnitt erlaubt, wie es in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 gezeigt ist. Daher besitzt ein Abdeckelement oder eine obere Wand 214 wenigstens eine Öffnung. Ohne die Lage der Dehnmeßelemente anzugeben, muß festgestellt werden, daß die Biegungsabschnitte 220 und 222 mit einem auslenkbaren Block 224 gekuppelt sind,-und zwar etwa in der gleichen Weise wie in dem Hauptausführungsbeispiel, wodurch eine kleine vertikale Auslenicung der Betätigungsstange 226 zu gleicher Ausbiegung der symmetrisch auf den Biegungselementen angebrachten Dehnelemente 220 und'222 führt.
Es kann erwünscht sein, anstelle eines Dehnelements, -das mit dünnen, geradlinigen, um 1800 gegeneinander versetzt auf beiden Seiten eines zentral gelegenen Schwingungsblocks innerhalb einer geeigneten Ausnehmung, in einem ringförmigen Stützkörper liegenden Biegungselementen verbunden ist, ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Dehnelement zu verwenden, das körperlich von einer flexiblen Membran oder einem ähnlichen Stützkörper getragen ist, wobei ax-iale Verformung der Membran durch einen mit deren Mitte und mit dem nicht gezeigten Schwimmkörper verbundenen Betätigungsstab zu einer konzentrischen, symmetrischen Auslenkung des Dehnelements durch seine'Stützkörper führt, so daß ein erfaßberes Ausgangssignal für äußerst kleine Auslenkungen durch den Schwimmkörper erhalten wird. Hierzu wird auf die Ausführungsbeispielenach den Figuren 9 und lo verwiesen, die einen ringförmigen Stützkörper zeigen, der ein Paar von Ringen 23o und 232 aufweist, die für das Einklemmen einer nachgiebigen Membran oder mehreren Membranen 234 aus Metall oder einem anderen Material dienen, in die ein Dehnelement 236 der Widerstandsbauart mit Zuleitungen 238 und 240 eingebettet ist, welche mit den zugehörigen Enden des Dehnelemens oder der Dehnelemente 236 verbunden sind. Mit der Membran ist konzentrisch eine Betätigungsstange (nicht gezeigt) verbunden, um die erforderliche Ausbiegung zur Erzielung von Änderungen in den Eigenschaften des Dehnmeßelements 236 zu bewirken. Die Stützung der Dehnelementanordnung in diesem Ausführungsbeispiel kann die Form irgendeiner der zuvor genannten Arten annehmen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 11 und 12 ist die Dehnelementanordnung ähnlich derjenigen in Figur 9 und 10 mit der Ausnahme, daß das Dehnmeßelement körperlich an einer radial auI3erhalb der Kontaktstelle zwischen den äußeren Enden der flexiblen Membrane und ihres Stützblocks angeordnet ist. In diesem Fall besitzt der Stützblock 250 im Querschnitt die Form eines C mit einem hohlen Zentrum 252, einer geschlossenen Außenwand 254 und. einer Innenwand 256 mit zentraler Öffnung 258; die Membran hat einen freien Umfangsabschnitt 262, der innerhalb des von den fingförmigen Stützkörper 250 gebildeten Hohlraums 264 gelegen ist. Auf der Oberseite der Membran 260 innerhalb des ringförmigen Hohlraums 264 befindet sich ein Dehnelement 266, das mit der Ober- oder Unterseite oder beiden Seiten der Membran 260 verklebt oder durch irgendeine der vorhergenannten Verfahren verbunden sein kann. Von dem ringförmigen Stützkörper 250 erstrecken sich radial nach außen Zuführungsleitungen 268 und 270 für die Verbindung mit einer entfernten Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) einschließlich einer geeigneten Energiequelle. In ähnlicher Weise wie in den Ausführungsformen nach den Figuren 9 und lo hängt zur Veränderung der Eigenschaften des Dehnmeßelements von der Membran eine Beiätigungsstange (nicht gezeigt) herab, die eine völlig gleichförmige und symmetrische Auslenkung der MeMbran 260 bewirkt. Es ist deutlich erkennbar, daß bei kleiner Auslenkung in der Mitte der Membran eine hältnismäßig große Verformung im Randbereich 262 erzielt wird, so daß eine maximale Dehnung des Dehnmeßelements und eine große Änderung in den elektrischen Eigenschaften des Dehnelements erreicht wird.
Das in der Figur 13 dargestellte Ausführungsbeispiel verdeutlicht die Anwendung der Erfindung in einem Anlagekessel zur Messung der Eigenschaften eines darin befindlichen Fluids, insbesondere zur Niveau- und Dichtemessung. Dementsprechend ist lediglich der Schwimmicörper 26 durch die Stange 92 in dem Kessel 84 gehalten. Der Stab 92 kann mit der Meßeinrichtung 32 in der in Figur 2 dargestellten Weise verbunden sein.
Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die mechanische Beanspruchung des Dehnelement oder der Dehnelemente'nicht nur gleichförmig, es liegt auch der Schwimmkörper konzentrisch zu dem Dehnelement oder den Dehnelementen und es führt eine kleine Verschiebung des Schwimmkörpers zur direkten Belastung der. Bieg. ungseltemente und zu einer genauen anzeige der Ausbiegung auf der entfernten Anzeigevorrichtung. Die sehr kleine Verschiebung des Schwimmkörpers erlaubt es, ihn mit einer sehr kleinen Wirkung auf die Genauigkeit zu führen. Dies vergrößert nicht nur die Flexibilität der Vorrichtung sondern erlaubt auch die Installation in turbulenten oder gestörten Bereichen oder mechanisch außer Lot ohne s-pürbare Wirkungen auf die Genauigkeit des Instruments; anders als bei früheren Systemen be. stehet keine Notwendigkeit, die Meßvorrichtung in einer lotrechten Ve, rrohrung oder Kammer anzuordnen.
Bei den'verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, um körperlich extreme Durchbiegungen des Tragelemcn'ts für die Dehnmeßelement'e zu verhindern. So, erstreckt sich beispielsweise in der Ausführungsform nach Figur 1 bis 3'die Stange 80 durch Öffnungen 64 und 56 am Kopf- und am Fuß ende des hin- und hergehenden Blocks 82. Dies liefert nicht nur eine Führung gegen seitliche Auslenkungen und eine genaue hier und hergehende Bewegung entlang einer vertikalen Achse, die sich durch den Schwimmkörper 26 und durch Block 86 erstreckt, sondern verhindert auch ungünstige Auslenlcungen zu Zeitpunkten, wenn der Schwimulcörper 26 nicht von der Fluidmenge getragen ist, weil der Block 82 auf der Oberseite des unteren Elements 48 aufsitzt. Eine übermäßige Auslenkung nach oben ist durch denselben Block 82 verhindert, der dann die Unterseite des oberen Elements 46 berührt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 legt sich der Block 118a an die Oberseite des unteren Stützelenents 112a und an die untere Seite des Flansches 54 an. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 ist durch Verwendung des T-förmigen Fortsatzes 180 ein Anschlag und seine Stellung innerhalb der Öffnung 182 des llauptstUtzkörpers gegeben.
Man erkennt, daß, durch die erfindungsgemäßen Einrichtungen für, das Messen der Verdrängungskraft auf einen in ein Medium ein gehängten Schwimmkörper ohne Schwierigkeit das Niveau, des Mediums oder dessen Dichte oder beides bestimmt werden kann. Das Fluid kann eine' Flüssigkeit oder ein Gas sein.
Die Einrichtung kann je nach Bedarf für analoge oder Punktmessungen verwendet werden. Die Signale können für alle Arten der messung, Automation und kontrolle verwendet werden. Während frühere Vorrichtungen der elektrischen Bauart derart waren, daß sie die Meßeinrichtung außerhalb des Kessels oder der Verfahrensbedingungen erforderten, ist durch das vorliegende Gerät die Notwendigkeit für die Übertragung der Verschiebungskraft zu einem äußeren Fühlelement beseitigt; somit ist auch jeglicher Fehler aus der Übertragung der Verschiebungslcraft durch die Vorrichtung nach der Erfindung eliminiert'.

Claims

Patentansprüche: 1) Gerät zur Fernmessung der Schwimmeigenschaften eines Fluids innerhalb eines Flüssigkeitsbehandlungskessels, das einen Schwimmkörper,, eine Quelle für elektrischen Strom und mit dem Schwimmlcörper und der Kraftquelle verbundene eleletrische Anzeigeeinrichtungen entfernt vom Fluid aufweist, gekennzeichnet durch die Kombinati'on von Schwimmeinrichtungen für die Stützung des Schwimmkörpers (26) innerhalb des Kessels für begrenzte Aufwärtsverschiebung, eines Dehnungsmeßelements, einer Einrichtung (88, 82+ 78, 80) für die unmittelbare konzentrische Verbindung des Schwimmkörpers mit dem Dehnungsmeßelement und einer Einrichtung 100, 104, 106) für die Verbindung des Dehnungsmeßelements in Serie mit den Fernanzeigeeinrichtungen und der elektrischen Stromquelle, wodurch kleine Pluidverschiebungen des Schwimmkörpers zu einer gleichförmigen. Beanspruchung des Dehnmeßelements und damit zur Veränderung des durchfließenden elektrischen Stromes führen.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwimmkörper (26) eine vertikale Führungseinrichtung (56,64,88) verbunden ist, um Querbewegungen des Schwimmkörpers zu verringern, 3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnmeßelement ein ringförmiges Glied (50) aufweist, das konzentrisch zum Schwimmkörper (26) und zum zylindrischen Gehäuse des Kessels angeordnet ist und eine zentrale Öffnung (72) sowie ein Paar von radialen Vor'sprüngen (74, 76) aufweist, die sich von der Innenwand des Gehäuses in die Öffnung erstrecken, einen ringförmigen Blockkörper (82), der konzentrisch zur Öffnung liegt und ein Paar von geraden biegungselementen (78, 80) aufweist, die sich von den Vorsprüngen zu dem zentralen Block erstrecken und als Tragkörper für einen Widerstand (96, 98) dienen, sowie Mittel (107, 108, 114, 116) für die elektrische Verbindung des Widerstandes mit der elektrischen Stromquelle und den Fernanzeigeeinrichtungen.