DE1962172A1

DE1962172A1 - Digital anzeigender und halbkontinuierlicher automatischer Dichtemesser

Info

Publication number: DE1962172A1
Application number: DE19691962172
Authority: DE
Inventors: Guy Paul
Original assignee: TRANSPORT PETROL PAR PIPELINE
Current assignee: TRANSPORT PETROL PAR PIPELINE
Priority date: 1968-12-11
Filing date: 1969-12-11
Publication date: 1970-06-25
Also published as: FR1597781A; US3661015A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN D-8000 MDNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

SOCIETE DES TRANSPORTS PETROLIERS PAR PIPE-LINE
Paris (Prankreich)

Digital anzeigender und halbkontinuierlicher automatischer Dichtemesser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit, die dem unteren Teil eines zylindrischen, am oberen Ende einen sich Über den Umfang erstreckenden Überlauf aufweisenden Behälters periodisch zugeführt wird.

In vielen Fällen insbesondere in der chemischen Industrie und der Lebensmittelindustrie können durch die Bestimmung der Dichte oder der spezifischen Masse einer Flüssigkeit Informationen über deren Zusammensetzung erhalten werden.

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Insbesondere in der Erdölindustrie wird mit Produkten mit ziemlich ähnlicher Dichte gearbeitet, die unmittelbar hintereinander in den die Raffinerien mit den Verteilerzentralen verbindenden Ölfernleitungen fließen und bei ihrer Ankunft in ihre jeweiligen Lagerbehälter abgezweigt werden müssen. Hierzu ist es erforderlich, eine charakteristische Größe der Flüssigkeit, insbesondere ihre spezifische Masse,zu bestimmen.

Hierbei wird an einer unter Druck stehenden und in Bewegung befindlichen Flüssigkeit gearbeitet. Das entnommene Volumen des Produkts muß gering sein, die Messung der spezifischen Masse muß bei Atmosphärendruck durchgeführt werden, die Messungen müssen unter hoher Genauigkeit und in schneller Folge durchgeführt werden und dürfen im Fall der Verwendung von automatischen Anlagen mit der Zeit nur äußerst geringe Abweichungen aufweisen. Ferner ist es hierbei von Bedeutung, daß dieselbe Vorrichtung die Messungen in einem weiten Dichtebereich, beispielsweise von 0,5 bis 1, durchführen kann. Aus diesenGründen sind derartige Messungen äußerst schwierig durchzuführen.

Insbesondere in der Schweiz. Patentschrift 426 310 wird vorgeschlagen, eine periodische Messung der Dichte einer Flüssigkeit mithilfe eines senkrechten zylindrischen Behälters vorzunehmen, der über seinen Boden mit Flüssigkeit gespeist wird, an seinem Umfang einen Überlauf besitzt und in den ein mit einem Schwimmer versehener Dichtemesser eingetaucht ist, dessen herausragender Teil eine Gradteilung aufweist, die zur automatischen Auswertung der Messung von einer fotoelektrischen Vorrichtung abgelesen werden kann.

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Bekanntlich 1st die Empfindlichkeit eines Dichtemessers um so größer, je dünneer seine aufsteigende Stange ist; dagegen kann ein und derselbe Dichtemesser nur für geringe Dichtebereiche verwendet werden, außer wenn die Stange eine unzulässig große Länge und damit der zylindrische Behälter eine sehr große Tiefe besitzt. Ferner ist die Gradteilung eines Dichtemessers nicht linear, sondern hyperbolisch. Schließlich bestehen die gebräuchlichen Dichtemesser aus äußerst zerbrechlichem Glas.

Aus diesen Gründen sind die bisher bekannten zyklisch arbeitenden Dichtemesser, die aus einem oder mehreren austauschbaren Meßorganen bestehen,nicht ausreichend.

Ziel der Erfindung ist es, einen automatischen, periodisch in kurzen Zeitabständen arbeitenden Dichtemesser zu schaffen, mit dem mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit die Dichte von einer in einer Leitung in Bewegung befindlichen Flüssigkeit entnommenen Proben gemessen werden kann, und der ferner in der Lage ist, direkt den numerischen Werten der Messungen entsprechende Signale zu liefern, die von Informationsbehandlungsvorrichtungen ausgewertet werden können.

Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit, die periodisch dem unteren Teil eines zylindrischen, am oberen Ende einen sich über seinen Umfang erstreckenden Überlauf aufweisenden Behälters zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den Behälter ein an einer automatischen Waage aufgehängter, eine höhere Dichte als die Flüssigkeit aufweisender Körper vollständig eingetaucht ist.

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Diese automatische Waage mit direkter Ablesung hat den Vorteil, daß sie ein Anzeigeorgan besitzt« das sich bei geringen Änderungen des,gewogenen Gewichts, d.h. bei geringen Änderungen der Tiefe, mit der der Körper in den zylindrischen Behälter eintaucht« um einen großen Betrag bewegt.

Somit kann selbst bei starken Dichteänderungen der Flüssigkeit ein zylindrischer Behälter verwendet werden, der etwas höher als der eingetauchte Körper ist und dessen Fassungsvermögen folglich nur etwas größer als das Volumen des eingetauchten Körpers ist. Dies ermöglicht eine Verringerung der Flüssigkeitsmenge, die zur Messung der Dichte im Lauf eines Zyklus notwendig ist, und vor allem eine Verringerung der zum Ausspülen und Ersetzen der gerade in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit erforderlichen Flüssigkeitsraenge.

Ferner besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen sehr großen Meßbereich sowie eine lineare Gradteilung, da der auf den eingetauchten Körper einwirkende Auftrieb, der sich von dessen Gewicht ableitet, und infolgedessen sein scheinbares Gewicht lineare Funktionen der spezifischen Masse der Flüssigkeit sind.

Der Behälter wird vorzugsweise in der Mitte des Bodens gespeist und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, der nach oben größer wird. Um das Ausspülen der in dem Behälter befindlichen Flüssigkeit durch die zugeführte Flüssigkeit zu erleichtern und störende Einflüsse der Flüssigkeitszufuhr auf die Waage zu vermeiden, ist der eingetauchte Körper nach unten zu stromlinienförmig ausgebildet.

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Um eine noch stärkere Verringerung dieser störenden Einflüsse zu erreichen, kann am Boden des Behälters ein Ablenkblech vorgesehen sein, das den PlUssigkeitsstrom auf den Behälterumfang zu richtet. Dieses Ablenkblech kann aus einem zweiten Boden des Behälters bestehen, der so perforiert ist, daß die Bohrungen am Umfang wesentlich dichter als in der Mitte verteilt sind. Eine vollständige Unterdrückung einer Bewegung des eingetauchten Körpers infolge des Aufsteigens der Flüssigkeit ist jedoch nicht zweckmäßig, da eine derartige Bewegung die Waage zwingt, bei jeder Messung wieder eine Gleichgewichtsstellung einzunehmen, und da die statischen Reibungen bei geringen Änderungen der Flüssigkeitsdichte eine Bewegung der Waage verhindern könnten.

Das den Wert des gewogenen Gewichts anzeigende Anzeigeorgan der automatischen Waage ist vorzugsweise winkelmäßig beweglich. Die Waage kann einen schwingenden Waagebalken besitzen, der mit einem Gegengewicht versehen ist und an dem ein Anzeigeorgan befestigt ist, oder der mit diesem über ein Übertragungssystem in Verbindung steht.

Das Anzeigeorgan besteht zweckmäßigerweise aus einer verschlüsselten Mikrometerskala, die auf fotoelektrischem Weg abgelesen werden kann. Auf diese Weise erhält man binäre Signale des Wertes des gewogenen Gewichts, die direkt in spezifische Masse übersetzt werden können.

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Weltere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Auf dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der gesamten erfindungsgemäßen Anlage.

Hg. 2 eine Darstellung der in einen Schutzschrank eingebauten Vorrichtung.

Fig. J5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Behälters.

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Behälter. Fig. 5 eine Seitenansicht des Tauchers.

Die auf Fig. 1 dargestellte Anlage besitzt einen im folgenden noch ausführlich beschriebenen Meßbehälter 1, der über eine von einer Ölfernleitung abgezweigte Leitung l8 beispielsweise mit Erdölprodukten gespeist wird. Die Leitung 18 wird durch ein Magnetventil 9 gesteuert. Ferner ist in der Leitung l8 vor dem Magnetventil ein Durchsatzmesser 10 und ein Filter 11 vorgesehen.

Der Taucher 3 des Meßbehälters ist über eine starre, an dem Waagebalken 14 angelegnkte Stange 13 mit einer automatischen Waage 12 verbunden. Der Waagebalken besitzt ein verstellbares Gegengewicht 38 (schematisch dargestellt) und nimmt in seiner Bewegung einen Sek-

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tor 15 mit« der magnetisch oder optisch verschlüsselt ist und sich vor dem entsprechenden Abtastorgan 16 bewegt.

Die Waage befindet sich in einem wärmeisolierten und explosionsgeschtitzten Gehäuse 17, deren Einzelheiten auf Fig. 2 dargestellt sind.

Im unteren Teil des Meßbehälters ist eine elektrische Temperatursonde 8 vorgesehen, die wie das Abtastorgan 16 elektrisch mit einer elektronischen Speichervorrichtung 19 verbunden ist; diese ist ihrerseits einerseits mit einer Tafel 20, auf welcher die spezifische Masse und die Temperatur digital angezeigt werden, und andererseits mit einer Druckvorrichtung 21 verbunden, die die aufeinanderfolgenden Meßergebnisse registriert.

Die Speichervorrichtung ist ferner mit einem Programmierer 22 verbunden, der das Magnetventil 9 steuert und die Zeitpunkte bestimmt, an denen die Messung registriert wird.

Das wärmeisolierte Gehäuse 17 (Fig. 2) ist auf der Konsole 24 eines Rahmens 25 montiert. Mithilfe eines in einem exploslons-geschUtzten Halter befindlichen Heizorgans 26 wird dieses Gehäuse auf einer Temperatur gehalten, die leicht über der maximalen Außentemperatur liegt. Das Heizorgan wird durch A-nen Thermostat 27 gesteuert. Die_#Waage und der Meßbehälter sind auf einem elastischen Halter 28 befestigt, der die übertragung von Vibrationen verhindert.

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Der unter dem Gehäuse 17 angeordnete Meßbehälter 1, besteht aus dem Behälter 2, dem Taucher 3» einem ringförmigen Sammelkanal 6 und dessen Austrittskanal 7» der Temperatürsonde 8, der Stange 13» dem Durchsatzmesser 10 und dem Magnetventil 9· Die Zuleitung l8 und die Ableitung 29 sind biegsam, so daß eine Übertragung von Schwingungen auf den Meßbehälter vermieden wird.

Wie Fig. 3 zeigt, besitzt der Behälter einen zylindrischen Teil 30 und einen konischen Boden 31» in dessen Mitte ein Zufuhrstutzen 4 angeordnet ist. Gegenüber diesem Zufuhrstutzen 4 ist ein konisches perforiertes Ablenkblech 5 vorgesehen, das Bohrungen 32 aufweist, deren Verteilung von der Mitte auf den Behälterumfang zu dichter wird, so daß der zugeführte Flüssigkeitsstrom von der Mitte auf den Umfang zu gerichtet wird.

Der waagerechte Oberrand 2a des Behälters bildet einen überlauf, der in den ringförmigen, den oberen Teil 30 des Behälters umgebenden und mit dem Austrittskanal 7 in Verbindung stehendenSammelkanal 6 mündet.

Der Behälter 1st ferner mit einem mit einer öffnung 34 versehenen Deckel 33 bedeckt und wird von einer Befestigungsplatte 35 getragen.

Der Taucher 3 (Fig. 5) besteht aus einem Zylinder 36, an welchen unten ein Kegel 37 anschließt, dessen öffnungswinkel im wesentlichen derselbe wie der des Bodens 31 des Behälters und des Ablenkbleches 5 ist. Zur Vermeidung jeglicher Korrosion besteht der Taucher vorzugsweise aus poliertem rostfreien Maetall.

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Der Taucher ist mit dem Waagebalken 14 über die starre Stange Ij5 verbunden und wird durch ein auf dem entgegengesetzten Arm des Waagebalkens bewegliches, verstellbares Gegengewicht 38 (Pig. l) ausgeglichen.

Der im vorhergehenden beschriebene Dichtemesser wird zur Messung der Dichte von Erdölprodukten benutzt, die von Leichtbenzin bis zu leichten, zähflüssigen Dieselölen gehen können, d.h. Produkte mit Viskositäten von 0,5 bis 100 Centistokes.

Diese Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise: Der Programmierer 22 sendet in regelmäßigen Abständen, beispielsweise alle 15 Minuten, dem Magnetventil 9 Öffnungsbefehle. Das in der Ölfernleitung fließende Produkt gelangt somit in die Leitung l8, und in den zentralen Zufuhrstutzen 4 des Behälters. Unter der Einwirkung des in der Ölfernleitung herrschenden Druckes durchquert das Produkt das Ablenkblech 5 und füllt den Behälter aus,indem es das Produkt, das Gegenstand der vorhergehenden Messung war, verdrängt, so daß es über den Rand 2a abfließt. Der Durchsatzmesser 10 steuert die zugelassene Flüssigkeitsmenge und bewirkt nach Zufließen dieser Menge die Schließung des Magnetventils 9· Die Öffnungszeit des Magnetventils hängt somit von der Viskosität der betreffenden Flüssigkeit ab. Es bleibt solange offen, bis die zur vollständigen Spülung des Behälters 2 erforderliche Flüssigkeitsmenge in diesen eingeströmt ist.

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Die zentrale Plüssigkeitszuführung am Boden des Behälters und die sich nach oben ausweitenden Formen des Bodens des Behälters, des Ablenkbleches und des Schwimmers sowie die auf den Umfang des Behälters zu zunehmende Dichte der in dem Ablenkblech vorgesehenen Öffnungen bewirken, daß die Flüssigkeit in allen senkrechten und radialen Ebenen des Behälters 2 gleich abfließt, wobei sie sich vorzugsweise auf die Behälterwandung zu verteilt. Dadurch wird der Schwimmer weniger stark durch die Flüssigkeitsbewegung beeinflußt und wird die "dynamische" Einwirkung auf den Waagebalken verringert.

Auf diese Weise können zahlreiche Messungen in sehr kurzen Zeitabständen ohne zu starke Abnutzung der Messer des Waagebalkens vorgenommen werden, da die Amplitude der Bewegungen des Waagebalkens begrenzt ist.

Eine leichte Bewegung des Waagebalkens infolge der "dynamischen" Einwirkung der Flüssigkeitszufuhr besitzt jedoch den Vorteil, daß der Waagebalken etwas stärker als bei sehr geringen Dichteänderungen bewegt wird, wie sie bei Messungen an zwei Produkten ähnlicher Eigenschaften auftreten können; dies zwingt den Waagebalken dazu, bei jeder Messung seine Gleichgewichtsstellung wieder zu finden. Bei Fehlen dieser dynamischen Einwirkung können die statischen Reibungen unter Umständen so groß sein, daß eine entsprechende Bewegung der Waage verhindert wird, was die Messung verfälschen würde. *

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DIe von der Temperatursonde 8 gemessenen Temperaturen unterscheiden sich Im allgemeinen von einer Messung zur anderen nur wenig« da die Produkte In den gleichen Leitungen fließen. Dagegen können starke,jahreszeitlich bedingte Temperaturänderungen auftreten.

Das die Waage umschließende wärmeisolierte Gehäuse gewährleistet eine hohe Meßgenauigkeit sowie eine hohe Zuverlässigkeit.

Der gemessene Auftrieb, den der Taucher 5 erfährt,ist ein Maß für die Dichte der Flüssigkeit, in welche er eingetaucht ist. Die Waagenskala muß bezüglich der einer üblichen Waage umgekehrt angeordnet sein, da eine Erhöhung der spezifischen Masse der Flüssigkeit eine Aufwärtsbewegung des Tauchers 3 und des entsprechenden Waagebalkenarms bewirkt.

Bei einer praktischen Ausführungsform konnteimit einer automatischen Waage bekannter Ausführung 500 g mit einer Genauigkeit von +0,02 g gewogen werden. Der Bereich, in dem die Ablesung vor dem Abtastorgan durchgeführt wurde, entsprach einem Bereich von 50 g, der durch ein optisches Organ vergrößert wurde. Dieser Mikrometerbereich war nach dem Gray-Code verschlüsselt und .besaß 11 Bahnen, die von Widerstandszellen abgetastet wurden. Auf einem solchen ausgedehnten Bereich wurde eine Dichte mit einer Genauigkeit von +_ 0,0005 abgelesen.

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Anhand der an der Waage abgelesenen Werte können die Verteilungsventile automatisch mithilfe von Befehlen gesteuert werden, die durch Fernsteuerung oder manuell durch eine die Änderung der Dichte auf der Ziffernanzeigetafel verfolgende Bedienungsperson übertragen werden.

In diesem praktischen Ausführungsbeispiel war die entnommene Flussigkeitsmenge außerordentlich gering] in einem Fall betrug das Volumen des Meßbehälters etwa 100 ml.

Durch die Trennung der Vorrichtung von hydraulischen, mechanischen oder thermischen Bedingungen der restlichen Anlage erhält man eine sehr hoheZuverlässigkeit.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern läßt insbesondere durch Verwendung anderer gleichwertiger technischer Mittel verschiedene Änderungen zu.

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Claims

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1. / Vorrichtung zum Messen der Dichte einer Plussigkeit, die periodisch dem unteren Teil eines zylindrischen, am oberen Ende einen sich über seinen Umfang erstreckenden Überlauf aufweisenden Behälters zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den Behälter (l) ein an einer automatischen Waage aufgehängter, eine höhere Dichte als die Flüssigkeit aufweisender Kötzer (3) vollständig eingetaucht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Waage (12) einen Gewichtsanzeiger (15) besitzt, der winkelmäßig beweglich ist und mit einem vor einem Abtastorgan (l6) vorbeilaufenden verschlüsselten Skalenbogen versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Behälters (l) und der eingetauchte Körper (3) sich verjüngen und einander entsprechende Formen (31, 37) aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekenn- ( zeichnet, daß zwischen dem Boden (31) des Behälters

(l) und dem eingetauchten Körper (3) eine ähnlich wie diese geformte dünne Wandung (5) vorgesehen ist, in der öffnungen (32) mit einer auf den Umfang zu dichteren Verteilung als in der Mitte vorgesehen sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Durchsatzmesser (ΙΟ), der die dem unteren Teil (4) des Behälters (l) zugeführte Flüssigkeit smenge mißt und nach Öffnung des die Flüssigkeit zulassenden Ventils (9) und nach Durchgang einer bestimmten Flüssigkeitsmenge durch ihn die Schließung dieses Ventils bewirkt.

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