DE2211784C3 - Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Gewichts einer Flüssigkeit mit Hilfe des Tropfenfall-Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Gewichts -'^;r:er f'.üssigkeit mit Hilfe des Tropfenfall-Verfahrens mit ei^; em lotrechten Fallrohr und einem mit diesem in kommunizierender Verbindung stehenden Steigrohr, dessen Auslaß auf niedrigerem Niveau liegt als der obere Einlaß des Fallrohrs oder des Flüssigkeitsspiegels in diesem, und mit zwei Meßschranken zur Bestimmung der Fallzeit eines aus einer Einrichtung zum Abgeben einzelner Tropfen der zu untersuchenden Flüssigkeit (Versuchsflüssigkeil) in das Fallrohr ausgetretenen Tropfen zwischen ihnen, wobei wenigstens das Fallrohr eine mit der Versuchsflüssigkeit nicht mischbare Flüssigkeit mit niedrigerem spezifischen Gewicht als die Versuchsflüssigkeit enthält.

Es ist eine solche Vorrichiung bekannt, die zum Bestimmen von z. B. schwerem Wasser über das spezifische Gewicht mit Hilfe des Tropfenfall-Verfahrens dient, die ein U-förmiges Rohr mit zwei senkrecht stehenden Säulen, von denen die eine das Fallrohr und die andere das Steigrohr bildet, besteht, wobei im Fallrohr eine mit der zu untersuchenden Flüssigkeit nicht mischb spezifischen Geweht

bare flüssigkeit mit niedrig

als schweres Wasser, nämlich ein Chlorbenzol-Xylol-Gemisch enthalten ist, während der das Steigrohr bildende Schenke' mit Wasser gefüllt ist. Die Meßschranken zun: Feststellen der Bewegung der Tropfen weisen Elektroden auf, die im das Fallrohr bildenden Schenkel des U-Rohrs untergebracht sind. Das obere Ende des das Steigrohr bildenden Schenkels geht in ein n-förmiges Rohr über, an dessen Ende ein Hahn vorgesehen ist, dessen Auslauf unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in einem erweiterten Teil des Fallrohrs liegt. Die zu untersuchenden Tropfen, die Wasser sind, vermischen sich mit dem am unteren Ende und im zweiten Schenkel des U-förmigen Rohrs vorhandenen Wasser, das über den Hahn intermittierend abgelassen werden kann. Vor dem Ablaß steigt der Flüssigkeitsspiegel im Fallrohr. Bei dem bekannten Gerät beträgt die Fallstrecke zwischen den beiden Meßschranken etwa 80 mm. doch führt dies zu einer Fallzeit von etwa 400 see bzw. 6.6 min. da der Dichteunterschied zwischen der Versuchsflüssigkeit (schweres Wasser) und der Meßflussigkeit (Chlorbenzol-Xylol-Gemisch) sehr gering ist. Daher kann die Tropfenfolge nicht sehr greß sein und ein Anstieg des Flüssigkeitsspiegels im Steigrohr erfolgt

ίο nur sehr langsam, so daß die Abfuhr der Versu.hsflüssigkeit kein besonderes Problem aufweist.

Das Problem der Trennung der Versuchsflüssigkeit von der Meßflüssigkeit ist jedoch nicht zufriedenstel-'■ id gelöst, da es nicht möglich ist. die Versuchsflüssig-

ir> kc:: von der Meßflüssigkeit schnell zu trennen und abzufuiiren, damit die Meßvorrichtung erneut benutzt werden kann. Diese Schwierigkeit macht sich dann besonders stark bemerkbar, wenn die Meßvorrichtung fur schnell aufeinanderfolgende Messungen an einer gro

r> Ben Zahl von Proben eingesetzt werden soll.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung derart weiter zu entwickeln, daß eine Trennung und schnelle Abfuhr der VersuchsflüSbigkeit aus der Meßflüssigkeit und der Vorrichtung, d. h., dem Steigrohr, mögrlich ist.

Diese Aufgabe ist für die eingangs genannte Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das FaII-

~. rohr mit dem Steigrohr durch eine Kammer kommuni-. - zierend verbunden ist, in deren oberen Teil das Fallrohr einmündet und in deren unteren Teil das Steigrohr mn seinem unteren Einlaß von oben her hineinragt, und daß am oberen Auslaß des Steigrohrs ein Überlaufbe halter mit einem Ablaufrohr vorgesehen ist. dessen Einlaß unterhalb des oberen Auslasses liegt.

Durch das Hineinragen des Steigrohrs m den unteren Teil der Verbindungskammer wird sichergestellt, daß nur die schwere Versuchsflüssigkeit aus der Meßvorrichtung austritt. Der Überlaufbehälter erlaubt einen stetigen A"slaß und damit eine schnelle Abfuhr der

Versuchsflussigkeit. Hat sich ein Versucnsgieichgewicht ^eingestellt, steigt der Flüssigkeitsspiegel im Fallrohr

nicht. Der Überlaufbehälter am oberen Auslaß des Steigrohrs stellt eine Höhenrelation zum Einlaß des

Faürohrs, insbesondere wenn dieses einen Einlaßbehälter aufweist, her. Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist an Hand der Querschnittszeichnung näher erläutert.

Die Meßvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Fallrohr 18, das am oberen Einlaßende sich in einen Einlaßbehälter 22 erweitert, einem Steigrohr 70 und einer diese beiden Rohre kommunizierend miteinander verbindenden Kammer 10. Die Kammer 10 besteht aus Seitenwänden 16. einem Boden 12 und einem Deckel 14. Während das Fallrohr 18 in den Decke! 14 mündet, reicht das Steigrohr 70 durch den Deckel 14 bis in den unteren Tc ' 13 der Kammer, so daß der Einlaß 74 des Steigrohrs 70 nur etwas über dem Boden 12 liegt. Der obere Auslaß 76 des Steigrohrs 70 mündet in einen arn oberen Ende offenen Überlaufbehälter 58, dessen Seitenwand 62 über das Niveau des Auslasses 76 nach oben ragt, während dessen Boden 60 unterhalb des Auslasses 76 liegt. An den Boden 60 ist ein Ablaufrohr 66 angeschlossen, durch dessen Kanal 68 die aus dem Auslaß 76 austretende Versuchsflüssigkeit austritt.

Der Einlaß des Fallrohrs 18 liegt oberhalb des Auslasses 76 des Steigrohrs 70. Der am Einlaß vorgesehene Behälter 22 hat einen ebenen Boden 24. in den das Fallrohr 18 mündet, und eine Seitenwand 26.

22 Il

Am Fallrohr 18 sind ferner zwei fotoelekinsche Meßschranken vorgesehen. Dazu weist das Fallrohr 18 für die obere Meßschranke an gegenüberliegenden Stellen zwei Öffnungen 30 und 32 und für die untere Meßschranke an zwei gegenüberliegenden Stellen Offnungen 34 und 36 auf, wobei letztere mit den Öffnungen 30 und 32 in Längsfluchtung stehen. Die Öffnungen 30, 32. 34 und 35 sind mit durchsichtigen Scheiben 38. 40, 42 und 44 abgeschlossen. Vor den Scheiben 38 und 42 befinden sich jeweils Lichtquellen 46 und 48, wobei die von ihnen ausgehenden Lichtstrahlen 50 und 52 durch die Öffnungen 30 und 34 und dann durch die Öitnungen 32 und 36 auf hinter den Schei^KtTi 4C und 44 angeordneten Fotoempfängern 54 und 16 I alien. Mit den fotoelektrischen Meßsehranker, bsso» s η mj die vorbeifallenden Tropfen registrier·., D-S — jle der Meßschranken werden in an sich r-.-kap.-n· ■ "eise ausgewertet.

Oberhalb des Fallmhrs 18 ist e . F.i.iriehtung zum Abgeben einzelner Tropfen \ > v_eisuchsflüssigkeu 94 vorgesehen, von der nur die et!.v.si Zufuhrkanal 80 abgrenzende Rohrleitung 78 mit dem Auslaß 82 sichtbar ist, aus der Tropfen 96 unmittelbar in die Versuchsfiüssigke:t unterhalb deren Spiegel 86 eingegeben werden.

Der Behälter 22, dessen offenes oberes Ende höher als der Auslaß 76 des Steigrohrs 70 liegt, das Fallrohr 18, die Kammer 10 und das Steigrohr 70 bilden einen allgemein U-förmigen Flüssigkeitsbehälter. Dieser wird zunächst mit einer ersten Flüssigkeit 84. z. B. einer Silikon-Flüssigkeit, gefüllt, wobei deren Menge ausreichen muß, um die Kammer 10, das Steigrohr 70 und den größten Teil des Fallrohrs 18 zu füllen. Wird jedocii nach dem Füllen weitere Flüssigkeit 84 zugeführt, steigt die Standhöhe im Fallrohr 18 nicht über das Niveau des Auslasses 76 hinaus an, da die überschüssige Flüssigkeit in das Überlaufgefäß sofort abfließt.

Im normalen Betrieb der Meßvorrichtung werden : aufeinanderfolgende Teilmengen einer zweiten Flüssig- -7 keil 88. /.. E. Wasser, deren spezifisches Gewicht höher '_ ist aK dasjenige der ersten Flüssigkeit 84, und die mit 4σ der ersten Flüssigkeit nicht mischbar ist. in den Behälter 22 eingeleitet. Diese zweite Flüssigkeit sammelt sich im unteren Teil der Kammer 10. Wenn die schwerere

zweite Flüssigkeit 88 zum unteren Teil J3 de^r Kämmet

10 gelangt, verdrängt sie einen Teil der ersten Flüssig» keit 84 aus der Kammer 10. so daß eier Flüssigkeitsspiegel im vom Fallrohr 18 abgegrenzten Kanal 20 und im vom Steigrohr 70 abgegrenzten Kanal 72 ?nsteigt. Wenn das Steigrohr 70 jjefiillt worden ist. bewirkt jedes Ansteigen des Flüssigk<*itsspiegeis der /weiten Flüssigkeit S8 im Steigrohr 70. daß Flüssigkeit nach oben entweicht und in die Überlaufkammer 58 übertritt, um dann durch das Ablaufrohr 66 abgeführt zu werden. Jedes Ansteigen ws riüäsigke'.uspipocls im Fallrohr 18 kann durch den 1 inlaßbehälter 22 ausgeglichen werden. Wenn der Kammer 10 Teilmengen der /weiten Flüssigkeit 88 zugeführt werden, steigt deren Flüssigkeitsspiegel 92 in den oberen Teil 11 der Kammer 10 an, bis er einen Punkt erreicht, der gerade noch etwas höher liegt als der Einlaß 74 des Steigrohrs 70. Werden weitere <>o Teilmengen der /weiten Flüssigkeit 88 zugeführt, steigt der Flüssigkeitsspiegel 92 nicht weiter an. sondrrn steigt die Übe»fläche der /weiten Flüssigkeit 88 im Steigrohr 70 nach oben über den Flüssigkeitsspiegel 92 hinaus hoch. Führt iwn der Kammer (0 weitere Teilmengen der zweiten Flüssigkeit 88 zu. steigt diese I lussigkeit im Steigroi' 70 nach oben, bis es vollständig mit ihr gefüllt ist.

Die erste Flüssigkeit 84 uv L'inlaßbehälier 22 steigt nach oben und bildet einen ersten Flüssigkeitsspiegel 86. Nunmehr bestehen /wischen den Flüssigkeiten 84 und 88 die aus der Zeichnung e^rsichtlichen Beziehungen. Die beschriebene Form der Meßvorrichiung gewährleistet, daß im Fallrohr 18 ein vorbesnmmtes Volumen der ersten Flüssigkeit 84 mit dem niedrigeren spezifischen Gewicht zurückgehalten wird.

Bei der Meßvorrichtung füllt somit eine schwerere Flüssigkeit 88 das Steigrohr 70 und den unteren Teil 13 der Kammer 10. uii eint.- zweite senkrechte Flüssigkeitssäule zu bilden. Die /weite Flüssigkeit 88 ist mit der ersten I iussigkcit 84 nicht mischbar und hat ein höheres spezifisches Gewicht, so daß die erste Flüssigkeit 84 auf der /weiten Flüssigkeit 88 in der Kammer 10 schwimmt und den oberen Teil 11 der Kammer, das I allroh- 18 und den Einlaßbehälter 22 füllt und eine erste senkrechte Flüssigkeitssäule bildet.

Bei der Bciimmung des spezifischen Gewichts der -Versuchsflüssigkeit wird die Leitung 78. \\ -Iche die Versuchsflüssigkeit 94 enthält, z. B. Urin, der ein höheres spezifisches Gewicht hat als die erste Flüssigkeit 84 und mit dieser im wesentlichen η'κ. - mischbar ist. sich rjedoch mit der zweiten Flüssigkeit 88 rüschen läßt, in senkrechter Fluchtung mit dem Fallrohr 18 ^Ln den Einlaßbehälter 22 eingeführt. Eine nicht dargestellte, an die ""teilung 78 angeschlossene Pumpe bewirkt, daß eine Bestimmte Versuchsflü'.sigkeitsmenge in Form eim-" -Tropfens % aus dem Auslaß 82 austritt. Er fällt dann rdurch die Lichtstrahlen 50 und 52 und löst ein Signal in tien Meßschranken aus, die von eine"· nicht dargestellten Rechenschaltung zum spezifischen Gewicht ausge-—wertet werden. Der Tropfen 96 fällt dann in den unteren Teil 13 der Kammer 10. die einen Aufnahmebehälter für die Untersuchungsflüssigkeitstropfen bildet, so -daß ein entsprechendes Volumen der Flüssigkeit 88 xerdrängt wird und über den Auslaß 76 des Steigrohrs :7p entweicht, um schließlich durch das Auslaßrohr 66 ^abgeführt zu werden. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, ohne daß sich die in der Zeichnung dargestellten Standhöhen der Flüssigkeiten verändern. "Wenn wiederholt ähnliche Flüssigkeiten untersucht werden, wird die zweite Flüssigkeit 88 schließlich im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung haben wie die Versuchsflüssigkeit. Die sich in der Kammer 10 sammelnde Versuchsflüssigkeit wird dann über das Steigrohr 70 abgeführt.

Bei einer anderen Betriebsweise der Meßvorrichtung wird der durch den Einlaßbehälier 22, das Fallrohr 18, die Kammer 10 und das Steigrohr 70 gebildete U-förmige Flüssigkeitsbehälter bis zum Auslaß 76 mit einer ersten Flüssigkeit 84, z. B. einer Silikon-Flüssigkeit, gefüllt. Die nacheinander zugeführten Tropfen der Versuchsflüssigkeit 94. z. B. Urin, der ein höheres spezifisches Gewicht ha; sh die prste Flüssigkeit 34 und mit ihr im wesentlichen nicht mischbar irt, und die dem Fallrohr 18 zugeführt werden, bilden dann im unteren Teil 13 der Kammer 10 eine zweite Flüssigkeit, die ein entsprechendes Volumen der ersten Flüssigkeit 84 über den Auslaß 76 aus dem Steigrohr 70 verdrängt. Werden über das Fallrohr 18 ständig weitere Versuchsflüssigkeitstropfen zugeführt, wird das Steigrohr 70 schließlich vollständig mit Uniersuchungsflüssigkeit geiüllt. so daß der Flüssigkeitsspiegel der ersten Flüssigkeil 84, wie ^Us der Zeichnung ersichtlich ist. bis in den Einlaßbehalter 22 ansteigt. Bei dieser Betriebsweise kommt die Versuchsftüssigkeit 94 so zur Wirkung, wie es oben bezüglich der /wei'en Flüssigkeit 88 beschrieben ist.

Läßt man zu, daß ein Tropfen der Versuchsflüssigkcit auf den Flüssigkeitsspiegel 86 fällt, besteht die Gefahr, daß sich der in die Flüssigkeit 84 eintretende Tropfen uhbestimmt verformt. Eine solche Verformung kann zu Ungenauigkeilen bei der Fallzeit-Messung führen. Ein Auftreffen des UntersuchungsflüSs'tgkeitstropfcns auf die Flüssigkeitsoberfläche kann ferner bewirken, daß von dem HaupUropfen kleinere Tropfen abgetrennt werden, die in den Meßschranken zu Hintergrundsignalen führen, die Anlaß zu Ungenauigkeiten geben können.

Die Zeichnung veranschaulicht das Verfahren zur Einleitung der Versuchsflüssigkeilstropfcn, wenn sich die Flüssigkeiten 84 und 88 im Gleichgewicht befinden. Die Leitung 78 wird dabei in den Einlaßbehälter 22 mittels einer nicht dargestellten Halterung so eingeführt, daß ihr Auslaß 82 tiefer liegt als der Flüssigkeitsspiegel

86. d. h., daß der Auslaß die in der Zeichnung bei 98 mit gestrichelten Linien gedeutete Lage einnimmt. Dann wird die nicht dargestellte, an die Leitung 78 angeschlossene Pumpe betätigt, um die gewünschte Untcrsuchungsflüssigkchsmenge abzugeben. Hierbei wird die Leitung 78 nach oben bis'zu der mit Vollinicn wicdcrgcgebcnen Stellung zurückgezogen oder vollständig aus dem Behälter 78 herausgezogen. Die Trägheit des abzugebenden Teils der ÜntcrsuchungsflüsMgkcit vcrhindert, daß diese Flüssigkeit mit der gleichen Geschwindigkeit nach oben beweg» wird wie die Leitung 78. so daß sich die Flüssigkeit von der Leitung trennt und einen Tropfen 96 bildet. Diese Bewegung ist reproduzierbar und ermöglich! es auf benucme Weise, Tropfen gleichmäßiger Form und Größe zu erhalten, ohne daß sich kleinere Tropfen vom Haupttropfen abtrennen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Gewichts einer Flüssigkeit mit Hilfe des Tropfen fall-Verfahrens mit einem lotrechten Fallrohr und einem mit diesem in kommunizierender Verbindung Stehenden Steigrohr, dessen Auslaß auf niedrigerem Niveau liegt als der obere Einlaß des Fallrohrs oder des Flüssigkeii',spiegels in diesem, und mit zwei Meßschranken zur Bestimmung der Fallzeit eines aus einer Einrichtung zum Abgeben einzelner Tropfen der zu untersuchenden Flüssigkeit (Versuchs flüssigkeit) in das Fallrohr ausgetretenen Tropfen zwischen ihnen, wobei wenigstens das Fallrohr eine mit der Versuchsflüssigkeit nicht mischbare Flüssigkeit mit niedrigerem spezifischen Gewicht als die Versuchsflüssigkeit enthalt, dadurch gekennzeichnet, daß das Fallrohr (18) mit dem Steigrohr (70) durch eine Kammer (10) Kommunizierend verbunden ist, in der. ι oberen Teil (11) das Fallrohr einmündet und in deren unteren Teil (13) das Steigrohr mit seinem unteren Einlaß (74) von oben her hineinragt, und daß am oberen Auslaß (76) des Steigrohrs (70) ein Überlaufbehälter (58) mit einem Ablaufrohr (68) vorgesehen ist. dessen Einlaß unterhalb des oberen Auslasses (76) liegt.