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Vorrichtung zur Feststellung und/oder Messung von Flüssigkeits-Verunreinigungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Messung des Gehalts
einer Flüssigkeit an Verunreinigingen, beispielsweise Feststoffteilchen und/oder
Gasbläschen.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, m die in einer Flüssigkeit,
beispielsweise Öl, enthaltenen Verunreinigungen, wie Feststoffteilchen, etwa Staub,
oder Gasbläschen, festzustellen und quantitativ zu bestimmen. Ein Verfahren besteht
darin, das Öl mikroskopisch zu untersuchen.
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Eine andere Methode sieht vor, den Verfärbungsgracl oder die Gewichtsnderung
eines Membranfilters zu beobachten. Ein drittes Verfahren ist ein Sediment-lndexverfahren.
Diese drel erstgenannten Verfahren sind sogenannte Probemethoden. Eln viertes Verfahren
verwendet die Streueigenschaften von- Überschallwellen und l,icht, ein fünftes Verfahren
die linderung der elektrischen Eigenschaften einer Meßflüssigkeit usw.
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Die bekannten Probenverfahren erfordern für die Messung Zeit und
Geschicklichkeit; sie lassen sich ferner nicht kontinuierlich ausführen. Ein gewlsser
experimenteller Fehler ist daher unvermeidlich. Bei den bekannten Verfahren, die
die Streucharakteristik von Überschallwellen und die elektriselen Eigenschaften
der i1lüssigkeit ausnützen, ist zwar eine kontinuierliche Bestimmung möglich; die
Geräte erhalten jedoch leicht einen komplizierten Aufbau, sind in der Herstellung
teuer und verhältnismäßig störanfällig. Bei keinem der bekannten
Verfahren
ist es ferner möglich, den Gehalt der Flüssigkeit an festen und gasförmigen Verunreinigungen
gesondert zu bestimmen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Feststellung und Messung von Flüssigkeitsverunreinigungen zu entwickeln, die
die Machteile der bekannten Ausführungen vermeidet. Insbesondere soll das erfindungsgemäße
Gerät die kontinuierliche Feststellung und Messung von Verunreinigungen leicht und
rasch ermöglichen, ferner eine gesonderte Bestimmung der festen und gasförmigen
Verunreinigungen.
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Feststellung und/oder
Messung des Gehalts einer Flüssigkeit an Verunreinigungen, mit einer ersten Elnrlchtung,
d ie die eßflüssigkeit eingeführt wird, ferner mit einer zweiten Ein richtung zur
Projektion von Licht in diese erste Einrichtung.
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Bei einer derartigen Vorrichtung besteht die Erfindung darin, daß
die erste Einrichtung einen photoelektrischen IMan(ller enthält, der Llcht aufnimmt,
das die Flüssigkeit in der ersten Einrichtung durchsetzt hat und dessen elektrisehe
Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Stärke des auffallenden Lichtes ändern,
wobei sich dle Stärke des auf den photoelektrischen Wandler auftreffenden Lichtes
mit dem Gehalt an Verunreinigungen änclert, und daß weiterhin eine dritte Einrichtung
vorgesehen ist, die die Änderungen der eLektr ischen Eigenschaften des photoelektrischen
Wandlers bestimmt und den (leElalt der FLüssigkeit an Verunreinigungen anze igt
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
Fig.l
einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig.2 ein Schema einer Anlage
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig.3 einen vergrößerten Schnitt durch einen
Teil der Anlage gemäß Fig.2; Fig.4 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Das in Fig.1 dargestellte Gerät besteht beispielsweise aus rostfreiem
Stahl und ist z.B. als Rohr 1 mit hoher Druckfestigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit
ausgebildet. Einstückig mit dem Rohr 1 ist ein Einlaßrohr la ausgebildet, das beispielsweise
aus demselben Material wie das Rohr 1 besteht.
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Durch dieses Rohr la wird eine zu messende Flüssigkeit 5 in das ohr
1 eingeführt. Ferner ist einstückig ein Auslaßrohr lb ausgebildet, das beispielsweise
aus demselben Material wie das Rohr 1 besteht und durch das die Flüssigkeit 5 abgeführt
wird. Im Auslaßrohr lb ist eine Drossel T vorgesehen, durch die Druck auf die in
das Rohr 1 eingeführte Flüssigkeit 5 ausgeübt werden kann. Einstückig mit dem Rohr
1 ist ferner ein Atz«eigrohr lc ausgebildet. An einer öffnung des Rohres 1 ist flüssigkeitsdicht
eine transparente Platte 2, beispielsweise aus Glas, etwa mittels einer überwurfmutter
2 befestigt. Äm anderen Rohrende ist beispielsweise mittels einer Überwurfmutter
1 eine erste photoleitende Zelle 3 bzw.
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ein photoelektrisches Wandlerelement, etwa OdS oder dgl., befestigt.
Der elektrische Widerstandswert der photoleitenden Zelle 3 ändert sich in Abhängigkeit
von de auf die Zelle 3 auffallenden Licht. Eine zweite photoleitende Zelle 4 ist
am offenen Ende des Abzweigrohres lc beispielsweise mittels einer
Überwurfmutter
4, 41 flüssigkeitsdicht befestigt. Alle Teile des Gerätes sind so miteinander verbunden,
daß das Gerät einem verhältnismäßig hohem Druck gewachsen ist. Eine Linse 6 und
eine Lichtquelle 7 sind derart angeordnet, daß das von der Lichtquelle 7 emittierte
Licht durch die Konvexlinse 6 etwa parallelgerichtet wird und dann durch die transparente
Glasplatte 2 und die Flüssigkeit 5 auf die photoleitende Zelle 3 fällt. Die Flüssigkeit
5 wird vom Einlaßrohr 1a in das Rohr 1 eingeführt und durch das Auslaßrohr 1b abgeführt.
Die Lichtstrahlen verlaufen damit etwa parallel zur Richtung des Flüssigkeitsstromes
im Rohr 1. In diesem Falle ist das Abzweigrohr 1c so am Rohr 1 angebracht bzw.
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ausgebildet, daß das von der Lichtquelle 7 ausgesandteiund durch die
Linse 6 und die Flüssigkeit 5 im Rohr 1 auf die photoleitende Zelle 3 fallende Licht
die zweite Zelle 4 nicht erreicht, wenn sich darin keine Flüssigkeit befindet und/oder
wenn die Flüssigkeit 5 keine Verunreinigungen, wie Staubteilchen, Feststoffteilchen,
Bläschen und dgl. enthält.
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Wenngleich bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.1 der Winkel e zwischen
den Längsachsen des Rohres 1 und des Abzweigrohres 1c kleiner als 900 gegenüber
der Längsachse des Rohres 1 gewählt ist, so können doch mit dem gleichen-Ergebnis
auch beliebige andere Winkel vorgesehen werden.
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Im folgenden sei die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gerätes
erläutert. Enthält die in das Rohr 1 eingeführte Flüssigkeit Verunreinigungen, beispielsweise
Feststoffteilchen 5a und Bläschen 5b (oder eines von beiden) so wird das von der
Lichtquelle 7 ausgesandte und durch die Konvergenzlinse 6 parallel in das Rohr 1
eingestrahlte Licht durch die Verunreinigungen gestreut und/oder absorbiert; die
an der ersten photoleitenden Zelle 3 ankommende Lichtmenge verringert sich gegenüber
dem Fall, daß die Flüssigkeit 5 im Rohr 1 keine Verunreinigungen enthält. Der Widerstandswert
der
photoleitenden Zelle 3 ist also bei Vorhandensein von Verunreinigungen in der Flüssigkeit
5 größer als bei fehlenden Verunreinigungen. Das durch Verunreinigungen in der Nähe
der Anschlußstelle des Abzweigrohres lc gestreute Licht fällt teilweise auf die
zweite photoleitende Zelle 4 und verringert deren Widerstandswert. Erfindungsgemäß
sind nun die erste und zweite photoleitende Zelle 3,4 in einer Brückenschaltung
Br (vgl. Fig.4) zusammengeschaltet, so daß sich die S;nderungen der Widerstandswerte
der Zellen 3 und 4 einander unterstützen. Selbst eine kleine änderung in der Menge
der Verunreinigungen wird daher in eine Anderung der auf die photoleitenden Zellen
3,4 fallenden Lichtmenge umgeformt und kann erfindungsgemäß zuverlässig bestimmt
und gemessen werden.
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Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Brückenschaltung Br. Elierbei
stellt R1 die erste photoleitende Zelle 3 dar, R2 die zweite Zelle 4. R ist ein
fester Widerstand mit geeignetem Widerstandswert, RV ein veränderlicher Wlderstand,
V eine Gleichspannungsquelle mit geeigneter Spannung und M ein Voltmeter. Bezugszeichen
A,B,C und D kennzeichnen die Verbindungspunkte zwischen den Widerständen R1, R2,
R und RV.
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Dabei ist A der Verbindungspunkt zwischen den Wlderständen R1 und
R2 (Zellen 3,4), B der Verbindungspunkt zwischen dem festen Widerstand R und dem
veränderlichen Widerstand Rv, C der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1
und R sowie D der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R2 und RV. Die elektrische
Gleichspannungsquelle V liegt zwischen den Verbindungspunkten A,B; das Voltmeter
M zwischen den Verbindungspunkten C,D.
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Wird das Voltmeter M mittels des veränderlichen Widerstandes RV beim
Vorhandensein einer bestimmen Flüssigkeit 5 im Rohr 1 auf Null gestellt und wird
dann eine neue Meßflüssigkeit in das -Rohr eingeführt, so zeigt das Voltmeter
M
die Differenz in der Menge der Verunreinigungen zwischen der ersten Flüssigkeit
und der folgenden Flüssigkeit an.
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Im~folgenden sei nun erläutert, wie man einzeln die Feststoffteilchen
5a oder die Bläschen 5b der in der Flüssigkeit 5 vorhandenen Verunreinigungen mißt.
Es wird zunächst die Menge der in der Flüssigkeit 5 enthaltenden Verunreinigungen,
einschließlich der Feststoffteilchen und der Bläschen, gemessen. Dann wird ein geeigneter
Druck auf dieselbe Flüssigkeit 5 im Rohr 1 dadurch ausgeübt, daß die im Auslaßrohr
lb vorhandene Drossel T entsprechend eingestellt wird; hierdurch werden die in der
Flüssigkeit 5 vorhandenen Bläschen 5 entsprechend dem Henrytschen Gesetz verflüssigt.
Die Anzeige des Voltmeters entspricht dann nur noch der Menge der in der Flüssigkeit
5 vorhandenen Feststoffteilchen 5a. Den Gehalt der Flüssigkeit 5 an Verunreinigungs-BlSschen
5b kann man dann durch Subtraktion des letzteren Wertes vom ersteren Wert bestimmen.
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Anhand von Fig.2 sei nun erlrutert, wie mit dem erfindungsgemäßen
Gerät die Mengeper Verunreinigungen bestimmt wird, die in einer dem Saugrohr einer
Ölpumpe zugeführten Flüssigkeit enthalten sind. Eine ölpumpe 8 wird von einem Elektiomotor
9 angetrieben und saugt öl aus einem öltank ilt durch eine Leitung Pl. Das oben
erläuterte erfindungsgemäße Gerät 10 ist an das Rohr P1 an einem Punkt A1 über ein
Vierwege-Richtungsventil 12 und eine Cilleitung P2 angeschlossen. Das Auslaßrchr
1b des Gerätes 10 ist an das Rohr P1 über ein Einschalt-Auschalt-Wechselventil 11
und eine ölleitung P3 in einem Punkt B1 angeschlossen. BeL diesen Ausführungsbeispiel
sind die Ventile ii und 12 so miteinander gekoppelt-, daß das Ventil 11 etwas vor
dem Veritll 12 umgeschaltet wird. Ein Druckübertragungsgiied 13 enthält
eine
Membran, die zwar den Druck weiterleitet, jedoch keinen Flüssigkeitsdurchtritt gestattet.
Das Druckübertragungsglied 13 ist in einer ölleitung P5 vorgesehen, die einen weiteren
Einströmungskanal des Vierwege-Ventiles 12 mit einer Auslaßleitung Po der ölpumpe
8 verbindet. Das öl wird durch einen Filter 15 gefiltert.
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Die Schemadarstellung der Fig.3 zeigt den Bereich in der Nähe des
Punktes A1 in vergrößertem Maßstab. Die im Rohr P1 enthaltenen Bläschen werden zuverlässig
in das Rohr P2 gesaugt und dem Gerät 10 zugeführt.
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Befinden sich die Ventile 11 und 12 in der Lage gemäß Fig.2, so wird
das öl im Tank 14 durch den Filter 15 abgesaugt; ein Teil des abgesaugten öles wird
durch das Rohr P1 direkt der ölpumpe 8 zugeführt, während ein anderer Teil des öles
durch das Rohr P2 und das Vierwege-Ventil 12 zum Gerät 10 gelangt. Dieser letztere
Teil des Öles vereinigt sich nach Durchströmen des Ventiles 11 und der Leitung P1
mit dem erstgenannten ölteil im Punkt B1 und gelangt dann zur ölpumpe 8. Unter diesen
Umständen ist der öldruck vor der ölpumpe 8 verhältnimäßig klein bzw. Normaldruck;
die im öl enthaltenen Bläschen kommen daher am Einlaß der ölpumpe an, ohne verflüssigt
zu sein. Werden dann die Ventile 11 und 12 umgeschaltet, so wird die ölströmung
durch das Gerät 10, d.h. durch das Rohr 1, unterbrochen; der Druck auf der Auslaßseite
der ölpumpe 8 wird über das Druck übertragungsglied 13 auf das Gerät 10 übertragen
und vergrößert dadurch den öldruck im Gerät 10. Infolgedessen werden die im öl des
Gerätes 10 bei normalem Druck enthaltenen Bläschen entsprechend dem Henry' schen
Gesetz verflüssigt. Die Menge der Verunreinigungen, d.h. der Gehalt an Feststoffteilchen
und der Gehalt an Bläschen im öl auf der Saugseite der ölpumpe, kann leicht durch
die Anzeige des Voltmeters M vor und nach der Umschaltung der Ventile 11 und 12
bestimmt werden.
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Durch die Erfindung kann somit der Gehalt einer Flüssigkeit an Verunreinigungen
kontinuierlich gemessen werden, ohne daß eine Flüssigkeitsprobe entnommen werden
muß, und zwar selbst unter Betriebsbedingungen. Dabei ist es ferner möglich, die
Zusammensetzung der Verunreinigungen (Gasbläschen und Feststoffteilchen) einzeln
zu bestimmen, was mit bekannten Geräten nicht möglich ist.