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FlUssigkeitsmesser Die Erfindung bezieht sich auf periodisches Messen
der aus einem Behälter entfernten FlUssigkeit auf gravimetrischem Wege. Die Erfindung
eignet sich besonders gut zur Messung von flUssigen Brenn- und Treibstofren, sie
kann aber auch allgemein bei Flussigkeitsmessungen in der chemiachen Industrie Anwendung
finden.
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Das Gewicht einer Flüssigkeitamenge kann entweder durch Messen des
Volumens und der Dichte der FlUssigkeit oder durch Wägen der Flflssigkeit ermittelt
werden. Die Volumenmessung
hat den Nachteil, daß bei häufigemVariirnhedr
Flüssigkeit auch die Dichte jedesmal von neuem gemessen werden muß, weshalb das
Verfahren in dieser Beziehung umständlich ist. Beim Wägen von Flüssigkeiten benötigt
man eine Waage, die sich beim Wägen grösserer Mengen kostspielig und sperrig und
beim Verlangen genauer Ergebnisse kompliziert gestaltet. Es wäre somit wünschenswert,
das Gewicht einer Flüssigkeitsmenge auf einfachere Weise ohne Wägung oder Volumen-
und Dichtemessungen bestimmen zu können.
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Es ist bekannt, daß die Dichte einer Flüssigkeit mit Hilfe kommunizierender
Gefäße bestimmt werden kann. In ihrer einfachsten Form besteht eine solche Vorrichtung
aus einem U-Rohr, in dessen einen Schenkel die zu untersuchende Flüssigkeit und
in dessen anderen Schenkel eine Flüssigkeit eingebracht wird, deren Dichte bekannt
ist. Ferner müssen die Flüssigkeiten miteinander unvermischbar oder untereinander
unlöslich sein. Durch Messen der Höhen der Flüssigkeitssäulen läßt sich die Dichte
der zu untersuchenden Flüssigkeit berechnen.
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Das erwähnte Prinzip der hydrostatischen Waage wird bei der Vorrichtung
nach der Erfindung zum Messen der aus einem Behälter entfernten Flüssigkeit angewandt;
eine Vorriohtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
sie
aus einem die zu messende Flüssigkeit enthaltenden Behälter besteht, dessen Querschnitt
bekannt ist und der an seinem unteren Ende mit einem Flüssigkeit von bekannter Dichte
enthaltenden Flüssigkeitsraum in Verbindung steht, in dem sich ein Meßrohr zum Messen
des Gewichts der aus dem Behälter entfernten Flüssigkeitsmenge befindet.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. la und Ib zeigen das Meßprinzip einer Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung in Anwendung auf die Messung des
Brenn- oder Treibstoffverbrauchs.
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Die in Fig. ia und Ib dargestellte Vorrichtung hat einen Behälter
1 mit konstantemsQuerschnitt für die zu messende Flüssigkeit. Dieser Behälter hat
ein Ablaufrohr 4, und ist an seinem unteren Ende mit einem Flüssigkeits -raum 2
verbunden, der Flüssigkeit von bekannter Dichte, zum Beispiel Wasser enthält. An
den Flüssigkeitsraum 2 schließt sich ein Meßrohr 3 an, das mit einer Skalenteilung
versehen ist. Fig. ia zeigt die Lage zu Beginn der Messung und
Fig.
1b die Lage, nachdem aus dem Behälter 1 Flüssigkeit entfernt worden ist. Die entfernte
Flüssigkeitsmenge sei mit # m bezeichnet. Im Behälter 1 der Vorrichtung befindet
sich zu Beginn Flüssigkeit bis zur Höhe b1 und im MeR-rohr 3 Flüssigkeit mit bekannter
Dichte bis zur Höhe h1 (Fig. 1). Nachdem die Flüssigkeitsmenge # m aus dem Behälter
1 entfernt worden ist (Fig. 2), findet sich im Behälter 1 Flüssigkeit'bis zur Höhe
b2 und im Meßrohr 3 FlUssigkeit mit bekannter Dichte bis zur Höhe h2. Im Meßrohr
3 ist also der Spiegel um den Betrag hl - h2 gefallen, und diese Differenz soll
mit ß h bezeichnet werden.
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Die Vorrichtung arbeitet wie eine hydrostatische Waage.
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Aufgrund der Gleichgewichtsbedingungen gemäß den hydrostatischen Drücken
kann man errechnen, daß Am m - h rh (A + a) worin # m : Gewicht der entfernten Flüssigkeitsmenge
γ = Dichte der Vergleichsflüssigkeit Absenkung des Absenkung des Flüssigkeitsspiegels
im Meßrohr 2 A = Querschnittsfläche des Meßbehälters 1 a - Querschnittsfläche des
Meßrohrs.
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Aus obiger Gleichung ersieht man, daß man das Gewicht der aus dem
Meßbehälter entfernten Flüssigkeitsmenge unabhängig
von der Dichte
der Flüssigkeit erhält, falls man die Absenkung des Flüssigkeitsspiegels im Meßrohr
mißt und hierzu ferner die Dichte der Vergleichsflüssigkeit und die Querschnittsflächen
des Meßbehälters und des Meßrohrs kennt. Die Querschnittsflächen sind vorteilhaft
über die gesamte Länge des Behälters bzw. des Meßrohrs konstant.
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Als Vergleichsflüssigkeit von bekannter Dichte wird eine solche Flüssigkeit
benutzt, die mit der zu messenden Flüsaigkeit unmischbar oder in dieser unlöslich
ist. Es ist jedoch auch möglich, eine solche Vergleichsflüssigkeit zu verwenden,
die mit der zu messenden Flüssigkeit mischbar ist, falls zwischen den Flüssigkeiten
eine dünne, elastische und undurchlässige Membran eingeschaltet wird. Die Bewegungen
der Membran bleiben sehr gering in dem Falle, daß die Querschnittsfläche des Meßrohrs
im Vergleich mit derjenigen des Meßbehälters klein ist.
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Die Membran kann an ihren Rändern an den Wandungen des Behälters befestigt
sein. Im Bereich des Möglichen liegt auch eine an der Grenzfläche zwischen den Flüssigkeiten
angebrachte bewegliche Platte, die die Flüssigkeiten voneinander isoliert.
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Wasser ist eine geeignete Vergleichsflüssigkeit, wenn man mit Wasser
unmischbare organische Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Brenn- und Treibstoffe, öle,
Lösungsmittel usw. mißt.
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Die Absenkung des Flüssigkeitsspiegels im Meßrohr kann entweder visuell
oder mit Hilfe geeigneter, den FlUssigkeitsspiegel abtastenden Organe wahrgenommen
werden.
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Solche Organe können beispielsweise Photozellen, am FlUssigkeitsspiegel
Kontakt erhaltende Elektroden oder solche elektrische Organe sein, die den Vorbeigang
eines auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Meßrohr schwimmenden Magneten wahrnehmen.
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Zum Zweck der visuellen Wahrnehmung kann das Meßrohr mit einer geeigneten
Skalenteilung versehen werden, in welcher die den gewünschten Gewichtsmengen entsprechenden
Markierungen vorgesehen sind. Beim Verwenden automatisch arbeitender Fühlorgane
werden deren Abstände so abgepaßt, daß sie gewünschten Gewichtsmengen der zu messenden
Flüssigkeit entsprechen.
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Die Vorrichtung kann mit Leichtigkeit zu einer automatischen Dosier-
und Verbrauchsmeßvorrichtung ausgebildet werden, indem man die den Flüssigkeitsstand
im Meßrohr abtastenden Organe so anordnet, daß sie verschiedene mit der Vorrichtung
verknüpfte Komponenten steuern. So können die Tastorgane zum Beispiel Betriebsberehle
an verschiedenartige Ventile, Zähler und Registriervorrichtungen abgeben.
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Wenn die Vorrichtung als Dosiervorrichtung verwendet wird, können
die Taatorgane Betriebibefehle zum Beispiel zum
öffnen des Ablaßventils
des Meßbehälters und zum Schliessen desselben geben, nachdem die gewünschte Gewichtsmenge
Flüssigkeit aus der Vorrichtung ausgetreten ist. Sofern die Tastorgane gleichzeitig
eine Uhrvorrichtung steuern, kann man eine Meßvorrichtung nach der Erfindung dazu
verwenden, das Gewicht der in einem gewissen Zeitintervall verbrauchten Flüssigkeit
zu messen. Eine solche Anwendung findet Einsatz zum Beispiel bei Prüfungen von Strömungsmessern
und Meßflanschen sowie bei Verbrauchsmessungen.
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Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung in Anwendung zur
periodischen gravimetrischen Messung des Treibstoffverbrauchs von Motoren. Der Treibstoffbehälter
1 ist mit dem Flüssigkeitsraum 2 verbAnden, der sich aus einem Wassetehälter und
dem Meßrohr 3 zusammensetzt. Die Grenzfläche zwischen Wasser und Treibstoff liegt
im Behälter l unterhalb des Abflußrohrs 4. Der Behälter 1 kann mit Schutzorganen
versehen sein, mittels deren Steigen des Wassers bis auf die Höhe des Abflußrohrs
4 verhindert wird.
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An der Grenzfläche kann auch eine dünne, elastische Membran angebracht
sein, die mit der Bezugsnummer 5 bezeichnet ist und die den Zweck hat, den Treibstoff
und die Vergleichsflüssigkeit, beispielsweise Wasser, voneinander zu isolieren.
Das Abflußrohr 4 des Behälters 1 steht mit der vom Treibstoffbehälter über ein Magnetventil
6 zum Motor führenden
Treibstoffleitung in Verbindung. In Verbindung
mit dem Meßrohr der hydrostatischen Waage 2 sind eine Anzahl Photozellen 8-14 angeordnet,
die an die Steuereinheit 15 angeschlossen sind. Die Steuereinheit 15 ist mit Druckknopfschaltern
16 versehen, mittels deren die zu messende Treibstoffmenge (im Beispielsfall 25-50-100-200-500
g) gewählt wird. Die Druckknopfschalter 17 sind zur Bedienung der Apparatur beabsichtigt.
Die Steuereinheit 15 ist ferner mit der Zählereinheit 18 verbunden, die zum Beispiel
ein Digitalzähler sein kann. Diese enthält den Impulszähler 19 und den Drehzahl-
und Zeitzähler 20. Mit den Bezugsnummern 21 und 22 sind die Impulsgeber der Zähler
19 und 20 und mit den Bezugsnummern 23 und 24 die entsprechenden Zahnkränze für
die Impulsgeber beseichnet.
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Die oberste der Photozellen am Messrohr ist so in die Apparatur eingeschaltet,
daß Einleiten der Messung und Nullstellen der Zähler nur dann möglich ist, wenn
die Photozelle kein Licht erhält, d.h. wenn der Flüssigkeitsspiegel oberhalb der
Photozelle steht. Die übrigen Photozellen nehmen den Flüssigkeitsspiegel wahr und
geben den Anfangs- und Endimpuls für,die Messung. Der Endimpuls wird von der der
gewünschten Treibstoffmenge entsprechenden Photozelle gegeben.
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Kurz beschrieben, ist die Tätigkeitsweise der Vorrichtung wie folgt.
Normalerweise erhält der Motor Treibstoff
aus seinem Treibstoffbehälter
bei offenem Magnetventil 6. Hierbei bleiben die Flüssigkeitsspiegel im Treibstoffbehälter
und im Messbehälter auf gleicher Höhe. Mittels der Druckknopfschalter A und K kann
die Vorrichtung zum ausschließlichen Messen der Drehzahl benutzt werden.
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Bei Druck.auf den Druckknopfschalter M schließt sich das Magnetventil
6 und die Zähler gehen auf Null. Wie zuvor gesagt, hat dies zur Voraussetzung, daß
der Flüssigkeitsspiegel im Messbehälter oberhalb der Photozelle 8 steht.
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Nachdem sich das MagnetVentil geschlossen hat, erhält der Motor Treibstoff
ausschließlich aus dem Behälter, in dem der Flüssigkeitsspiegel folglich abzusinken
beginnt. Zugleich beginnt auch der Flüssigkeitsspiegel im Messrohr abzusinken; sobald
der Spiegel die Photozelle 9 erreicht, werden die Zähler für Motordrehzahl und Zeit
in Gang gesetzt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel die der gewählten Messquantität entsprechende
Photozelle erreicht hat, werden die Zähler stillgesetzt und das Magnetventil öffnet
sich. Man kennt dann die verbrauchte Treibstoffmenge, die Zeit und die Zahl der
Motorumdrehungen; wenn man gleichzeitig das Drehmoment des Motors feststellt, lassen
sich die genaw Drehzahl, die Strömungsgeschwindigkeit des Treibstoffs und der spezifische
Verbrauch berechnen.
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Beim Messen des spezifischen Verbrauchs von Dieselmotoren wird der
Rückfluß von der Einspritzpumpe des Motors
über das Rohr 25 zurück
in den Messbehälter geführt.
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Obgleich die Vorrichtung nach der Erfindung zuvor insbesondere in
Anwendung zum Messen des Treibstoffverbrauchs von Motoren beschrieben worden ist,
versteht es sich, daß sie sich auch'zu zahlreichen anderweitigen Anwendungazwecken
eignet, wie zum Beispiel zur gravimetrischen posierung flüssiger Stoffe aus Vorratsbehältern,
zum Messen des Brennstoffverbrauchs von Heizvorrichtungen, zu Prüfungen von Strömungsmessern
und auch zu sonstigen im Bereich der Prozeßindustrie vorkommenden gravimetrischen
Messungen von, Flüssigkeiten.