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Einrichtung zur Dichtomessung von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft
Einrichtungen zur Dichtemessung von Flüssigkeiten mit Hilfe von Schwimmern.
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Bekannt ist eine Einrichtung zur Dichtemessung von Flüssigkeiten mit
Hilfe eines Schwimmers, welche auf dem kontinuierlichen'#aIen des in eine Vergleichsflüssigkeit
getauchten mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gefüllten Schwimmers ueruht urld
auf der nachfolgenden Umwandlung der Gewichtsänderung des Schwimmers in ein die
Dichteänderung der nu untersuchenden Flüssigkeit anzeigendes Signal. Die Sin-Sohwimmer
als richtung besteht aus einem Gehäuse, dem Me#fühler und aus einer mecnanischen
Anzeigevorrichtung. Das Gehäuse der lilinrichtung stellt einen mit der Vergleichsflüssigkeit
ausgefällten Behälter dar, welcher eine wärmeisolierende Au#en#mmantelung aufweist.
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Im Gehäuseinneren ist ein dünnwandiger Schwimmer mit schlangenformigen
Zufuhrleitungen angeordnet, durch welchen die zu untersuchende Flüssigkeit hindurchfließt.
Eine Dicteänderung des zu untersuchenden Mediums bewirkt eine senkrechte Bewegung
des Schwimmers, welche mit Hilfe der mechanischen Vorrichtung angezeigt wird (siehe
Autorenzeugnis der UdSSR, Nr. 86 279, Kl. 421 Gr. 103).
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Die Nachteile der bekannten Einrichtung zur Dichtemessung von Flüssigkeiten
bestehen darin, da# deren Anzeigen von der durch den Schwimmer fließenden Flüssigkeitsmenge
abhängt, die Me#genauigkeit niedrig ist und die Empfindlichkeit der Einrichtung
wegen der in der Austrittsdichtung sowie in der mechanischen Anzeigevorrichtung
auftretenden Reibungskräfte stark herabgesetzt ist. Darüber hinaus weist die bekannte
Einrichtung einen beträchtlichen Temperaturfehler auf, da der Elastizitäsmodul,
der die Flüssigkeit dem Schwimmer zu-und aus diesem abführenden Vorrichtunen und
damit das Volumen des Schwimmers veränderlich ist. Dabei darf die bekannte Einrichtung
nicht bei Drücken der zu untersuchenden Flüssigkeit angewendet werden, die den Mantel
des dunnwandigen Schwimmers über die Proportionalitätsgrenze seines Werkstoffes
hinaus beanspruchen, wahrend eine Verstärkung der Schwimmerwandung zu einer Verschlechterung
des wärmedynamischen Verhaltens der Einrichtung führen würde.
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Das Ziel der Erfindung besteht in der Beseitigung dieser Nachteile.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, eine Einrichtung zur
Cichtemessung von Flüssigkeiten zu entwickeln, die die Me#genauigkeit wesentlich
erhöht, eine höhere Empfindlichkeit aufweist und Dichtemessungen unter beträchtlichen
Drucken der zu untersuchenden Flüssigkeit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, da# die einrhctung zur Dientemessung
von Flüssigkeiten einen sicn in der senkrechten Ebene bewegenden Schwimmer enthält,
dessen Symétrieachse in der waagerechten Ebene liegt und der mit einer Vergleichsflüssigketi
gefüllt und mit einem Hebel versehen ist, und daß die von der. Gehäuse und dem Schwimmer
gebildete Kammer die zu untersuchende Flüssigkeit in m : Lndestens zwei gegeneinander
@erichtete Ströme aufteilt mit bezüglich der Bewegungsrichtung des Schwimmers um
90 gedrehten Richtun-. e IO Zur Erzeugung zweier gleicher gegeninander gerichteter
Ströme mit bezüglich der Bewegungsrichtung des Schwimmers um 90° gearehten Richtungen
ist es zweckmälSig mindestens zwei Einlaßverteiler und einen ringförmigen Sainmelkanal
vorzusehen, die in der Kammer aufgestellt werden und aen Strom der zu prufenuen
Flüssigkeit gleichmäßig um den Schwimmer herum verteilen.
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Weiterhin ist es zweckmät die Einla#vertieler abnehmbar und scneibenförmig
auzzuSühren und diese an ihrem Umfang
mit Bohrungen zu versehen,
welche den Flüssigkeitsstrom längs des Schwimmers in RichtLng des zwischen den Einlaßverteilern
aufgestellten mit Gegenbohrungen versehenen nach dem Sammelkanal ausrichten.
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In der Einrichtung kann ein Schwimmer verwendet werden, der zum Druckausgleich
in ihm selbst und in der Kammer an seinen Stirnseiten Dehnbüchsen aufweist.
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Es ist erwünscht, da# der an dem Schwimmer befestigte, aus der Kammer
herausragende Hebel mittels eines Baltenbaljes druckdicht abgeschlossen ist und
eine Lagerung mit der Möglichkeit der Überlagerung des Mittelpunktes der wirksamen
Fläche des. Faltenbalges und der zu der Schwimmerachse parallelen Drehachse enthält
Die Lagerung des Hebels stellt zweckmäßigerweise zwei zueinander senkrechte Paare
von federnden Flattez dar, wobei das eine Paar prallel zur Hebelachse verläuft und
in einem Tragbügel bzw. in einem beweglichen mit dem Hebel verbundenen Prisma festsitzt
und der Tragbügel gegenüber aem Gehause bzwo dem Prisma zur Überlagerung des Mittelpunktes
der wirksamen Fläche des Faltenbalges und der Hebeldrehachse verschoben werden könne.
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Schwimmer verbundenen Die Einrichtung kann mit einem über den Hebel
mit dem pneumatischen Wandler, bestehend aus einem Gestänge und einem Drosselglied
mit Düse und Schieber, sowie einen pneumatischen
Verstärker versehen
werden, dessen Ausgangsdruck zum Teil sur eine Gegenkopplung mit Hilfe einer Balgfeder
verwendet wird.
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Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden durch ein Ausführungsbeispiel
anhand der beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die erfindungsgemä#e
einrichtung zur Dichtemessung von Flüssigkeiten im Teilschnitt längs der Schwim
merachse ; Fig. 2 die erfindungsgemäße Einrichtung im Querschnitt und Fig. 3 die
Ansicht in Richtung A gemäß Fig. 2 auf den pneumatischen Wandler mit abgenommenem
Deckel.
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Die Einrichtung zur Dichtmessung von Flüssiokeiten enthält ein Gehäuse
1 (Fig. 1), in dessen Innerem sich ein mit einer Vergleiohsflüssigkeit gefüllter,
von der zu untersuchenden Flüssigkeit umgebener Schwimmer 2 befindet. Das Gehäuse
1 ist mit zwei Dinla#verteilern 3 und einem Sammelkanql 4 versehen. Die Einlaßverteiler
3 und der ringförmige Sammelkanal sind in der von dem Gehäuse 1 und dem Schwimmer
2 gebildeten Kammer so angeordnet, daß die zu untersuchende Flüssigkeit in zwei
gleiche gegeneinander geriahtete Strume aufgeteilt wird mit bezüglich der Bewegungsriahtung
des Schwimmers um 90°gedrehten Richtungen. Mit
Hilfe eines Lebels
5 wird die Bewegung des Schwimmers 2 auf das Gestänge eines pneumatischen Wandlers
6 (Fi 2) übertragen.
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Das Gehäuse 1 (Fig. 1 1) stellt einen Mantelscnuß 8 mit zwei daran
angeschweißten Flanschen 9 dar, der durch zwei Dekkel 10 mittels der Flansche 9
des Mantelschusses 8 mit den Schraubenl und Muttern 12 und den Zwischenlagen 13
wasserdicht abgeschlossen ist. Auf der einen Seite in der Mitte des Mantelschusses
8 ist ein Einlaßstutzen 14 mit einer angeschloss-enen Verteilungsleitung 15 eingeschwei#t,
an deren Enden mittels Schrauben 16 die beiden scheibenförmigen Einlaßverteiler
3 befestigt sind. Am Umfang der Einlaßverteiler 3 sind auf der dem Schwimmer 2 zugewandten
Seite Bohrungen 17 ausgeführt. Auf der anderen, dem Einlaßstutzen 14 gegenüberliegenden
Seite des Mantelschusses 8 ist ein Austrittsstutzen 18 eingeschweißt, welcher einen
ringförmigen Sammelkanal 4--..--mit den Einlaßverteilern 3 zugewandten Bohrungen
19 trägt. Weiterhin ist an den Mantelsohuß 8 in der Ebene des Einlaß-14 und des
Austrittsstutzens 18, allerdings diesen gegenüber um 90° versetzt, ein Rohrstutzen
20 mit einem Flansch 21 (Fig. 2) angeschweißt, der mittels Schrauben 22 die Baugruppe
des pneumatischen Wandlers 6 traite Der Schwimmer 2 stellt einen dünnwandigen Zylinder
23 (Fig. 1) mit zwei an seinen Stirnseiten angeschwei#ten
Dennbächsen
24 dar. Die Böden 25 der Dehnbüchsen 24 werden von zur Fällung des Schwimmers 2
mit der r Vergleichsflüssikeit dienenden Kapillarrohrchen 26 durchbrochen. Eine
suarre Verbindung des Schwimmers 2 mit dem Hebel 5 wird durch ein in den dünnwandigen
Zylinder 23 eingeschweißtes Rohr 27 (Fig. 2) und eine Spezialmutter 28 erreicht.
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Als @neumatis her Wandler 6 wird ein pneumatisches Entlastungssystem
mit kleiner Winkelverschiebung des Gestänges angewandt.
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Der pneumatische Wandler 6 ist als eine abgesonderte auf einer mit
e nem Verbindungsflansch 3U starr verbundenen Konsole 29 befestigten Baueinheit
ausgeführt. Ein primärer Hebel 31 ist durch federnde Platten 32 mit einem Tragbugel
33, der sich in einer Nut des Flanches 30 bewegen kann, kraitschlussig verbunden.
Die Verschiebungen des Tragbugels 33 sind notwendig, um eine Binwirkung des statischen
Druckes durch die Überlagerung des Mittelpunktes der wirksamen Fläche eines an dem
Hebel 5 angebrachten Faltenbalges 34 mit dem Drehpol der feuernden Platten 32 des
Gestänges auszuschließen. Um eine Schrägstellung des trennenden Fal- -tenbalges
34 zu vermeiden, ist dabei eine Mögliclikeit vorgesehen, den Hebel 5 zu einem Prisma
35 hin nötigenfalls zu verschieben. Nach einer solcherart vorgenommenen Einstein
lung wird der Hebel 5 mittels einer Mutter 36 festgehalten.
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Der primäre Hebel 31 wird mit einem sekundären Hebel 37
durch
ein Gleitstück 38 verbunden, wobei das letztere der Einstellung der Meßgrenze der
Einrichtung infol, e einer Veränderung des Armeverhältnisses des Gestänges des pneu
» matischen Wandlers 6 dient. Der auf einer federnden Stütze 39 mit festem Drehpunkt
ruhende sekundäre Hebel 37 wird durch ein Prisma 40 an der Konsole 29 befestigt.
Am Ende des primären Hebels 31 ist ein Schieber 41 (Fig. angeordnet welcher den
Luftstrom aus einer Diise 42 besti.. immt.
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Die Gegenkopplung besteht aus einer an einem Ringwulst der Luftleitung
angelöteten Balgfeder 43 (Fig. 2). Das feststehende Ende der Balgfeder 43 ist mit
der console 29 und das andere beweglione Ende mittels einer Klemme mit dem sekundären
Hebel 37 verbunden. Die Nulleinstollung der Me#-einrichtung wird mit Hilfe von Gewichten
44 durch deren Verschiebung auf dem Gewinde einer Stiftschraube 45 vorgenommen.
Dabei verschiebt sich auch der Schwerpunkt des Gestän-(es des pneumatischen Wandlers
6.
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Der pneumatische Verstärker 46 des pneumatischen Wandlers 6 ist zur
Verstärkung sowohl der Absolutgroße als auch der Leistung der Niederdruckimpulse,
bestimmt, welche an der Düse 42 (Fig. 3) erhalten werden.
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Der Druck an der Düse 42 ist klein gewählt um die dynamisclie Finwirkung
des Luftstrahles auf den Schiebern 41 zu verkleinern. Dabei wird gleichzeitig erzielt,
daß der Verw drehungswinkel des Gestänges des pneumatischen Wandlers 6
(Fig.
2) abnimmt und somit die Empfindlichkeit der Einrichtung erhöht wird.
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Die Speisung und die Entnahme des Ausgangsdruckes werden durch Nippelverbindungen
47 vorgenommen und mit zwei Manometern 48 überwacht.
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Der pneumatische Wandler 6 wird durch einen Deckel 49 mittels Schrauben
50 abgedeckt.
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Allgemein beruht die Wirkungsweise der Einrichtung auf dem Wiegen
des in die zu untersuchende Flüssigkeit eingetauchten Schwimmers 2, dessen Gewichtsänderung
eine lineare Funktion der Flüssigkeitsdichte ist, Die Bestimmung der Dichte der
zu untersuchenden Flüssigkeit erfolgt durch eine kontinuierliahe Messung des Gewichtes
des Schwimmers 2 und dessen Inhalts,der Vergleichsflüssigkeit mit nachfolgender
Umwandlung der Gewichtsänderung in ein pneumatisches Signal. Der bei Dichtsänderung
der Flous keit am Schwimmer 2 entstehende Kraftimpuls, der dem Produkt des äu#eren
Rauminhaltes des Schwimmers 2 und der Dichteänderung der Flüssigkeit proportional
ist, wird dem nach dem Entlastungaprinzip arbeitenden pneumatischen Wandler 6 zugeleitet.
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Das Entlastungsprinzip ist durch das Niohtvorhandensein von großen
mechanischen Verschiebungen gekennzeichnet, wodurch
die Einrichtung
eine hohe Empfindlichkeit erhalt.
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Um in der Einrichtung zur Dichtemessung von Flüssigkeiten auf eine
bestimmte Temperatur, z.B. auf +20°C, bezogene Anzeigewerte zu erhalten, ist eine
selbsttätige Temperatur -kompensation mittels Änderung des Rauminhalts des Schwimmers
2 vorgesehen.-Zu diesem Zweck ist der Schwimmer 2 mit den beiden Dehnbuchsen 24
aus nichtrostendem Stahl versehuent durch welche sich bei Schwankung der Temperatur
der Rauminhalt des Schwimmers 2 und damit das Volumen der Vergleiohsflussigkeit
leicht verändern läßt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung zur dichtemessung von Flüsen sigkeit/
ist folgende : Die zu untersuchende Flüssigkeit gelant über den Einla#-stutsen 14
in die waagerechte Verteilungsleitung g 15, in der sie in zwei gleiche Strome aufgeteilt
wird. längs der Achse+ Die einla#verteiler 3 stellen aufgrund ihrer eine gleich-@s
Schwimmers 2 erichteten mä#ige Verteilung der Flüssigkeit sicher. Die Flüssigkeit
ohrungen 17 umströmt den waagerecht liegenden Schwimmer 2 und gelangt in den in
der Mitte der durchfließbaren Kammer 7 der Binriahtung angeordneten Sammelkanal
4.
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Ändert sich die Flüssigkeitsdichte, nimmt z. B. die Dichte infolge
einer Veränderung der Zusammensetzung der Flüssigkeit ab, so wird das Gewicht des
in diese eingetauchten
Schwimmers 2 scheinbar größer. Die Gewichtsänderung
des Schwimmers 2 wird auf das ausgeglichene Gestänge des pneumatischen Wandlers
6 übertragen, was eine Verschiebung des Schiebers 41 gegenüber der Düse 42 und demzufolge
einen der Dichteänderung proportionalen Zuwachs des Ausgangsdruckes an dem pneumatischen
Verstärker 46 mit sich bringt.
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Der Ausgangsdruck wird unter anderem auch der Balgfeder 43 uer Gegenkopplung
zugeführt. Dabei gleicht die durch die Balgfreder 43 erzeugte Kraft die Gewichtsänderung
des Schwimmers 2 über das Gestänge des pneumatischen Wandlers 6 aus.
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So entspricht jedem Dichtewert eine ganz bestimmte Größe des Ausgangsdruckes.
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Wenn sich aber die Temperatur der zu untersuchenden Flüssigkeit bei
gleichbleibender Dichte ändert, so ändert auch dar Schwimmer 2 seinen Rauminnalt
um die infolge der Temperaturschwankung proportionale Grö#e. Deshalb bleibt das
Produkt des Rauminhalts des Schwimmers 2 und der Flüssigkeitsdichte eine konstante
Grö#e und der Gleichgewichtszustand des Schwimmers 2 wird nicht verletzt.
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Bei Temperaturschwankungen der zu untersuchenden Flüssigkeit behält
also die Einrichtung seinen Ausgangsdruck bei.
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Der Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt in seiner gro-#en Me#genauigkeit
und seiner hohen Empfindlichkeit, wodurch er insbesondere für selbsttätige Regelungsanlagen
in
der Verfahrenstechnik und in anderen Industriezweigen geeionet
ist. So kann die erfindungsgemäße Einrichtung bei normalem Anderungsbereich des
Ausgangssignales von 0, 2 bis 1,0 kp/cm2 einer Dichteänderung von nur 0,01 g/cm3
festgestellten bei einer Me#genauigkeit unter 0,0001 g/cm3 und einer Empfindlichkeit
von 0,00001 g/cm3. Darüber hinaus ist durch die Verwendung des mit der Vergleichsflussigkeit
ausgefüllten Schwimmers veränderlichen Rauminhaltes eine selbsttätige Temperaturkompensation
möglich, wodurch die zu messende Dichte auf eine Temperatur, z. B. auf +20 C bezogen
werden kann. Die Art der Strömungsanordnung der zu untersuchenden Flüssigkeit sowie
die Orientierung dieser Strömung hinsichtlich der Bewegungsebene des Schwimmers
lassen den einflu# von Durchsatzänderuingen der zu untersuchenden Flüssigkeit auf
dia Größe des Ausgangssignals ausschlie#en und das wärmedynamische Verhlaten @er
Einrichtung verbessern.
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Die Übergabe des zu messenden Kraftimpulses vom Schwimmer aus der
unter dem Druck der zu untersuchenden Flüssigkeit stehenden Kammer zu dem pneumatischen
Vanler dber den trennenden Faltenbalg, der die Möglichkeit bietet, die Überlagerung
des Druckpunktes mit der Drehachse aes herausführenden Hebels durchzuführen, sichert
für einen genügend gro#en des Ausgangssignals Druckbereich die Unabhängigkeit/von
dem Druck der zu untersuchenden Flüssigkeit. Ein weiterer Vorteil der erfindungsemä#en
Einrichtung liegt darin, da# alle mit der zu untersuchenden Flüssigkeit in Ber,
g@rommende Teile aus
können nichtrostendem Stahl ausgeführt werden,
so da# deren Verwendung für agressive Stoffe durchaus möglich ist.
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Entsprechend der Einstellung des Gestänges des pneumatischen andlers
kann die Einrichtung bei allen Dichteänderungen von 0, 01 g/cm3 bis 1, 0 g /cm3
betrieben werden.
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Außerdem läßt eine Verminderung des Druckes in der Düse im Vergleich
zu dem Ausgangsdruok die Empfindlichkeit der Einrichtung wachsen.