DE2554540C3 - Verfahren zum Messen des Mischungsverhältnisses eines Gemisches, welches aus einem flüssigen und gasförmigen Medium besteht, sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Mischungsverhältnisses eines Gemisches, welches aus einem flüssigen und einem gasförmigen Medium besteht, mittels eines Dichtevergleichs in einem System kommunizierender Röhren, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Brennkraftmaschinen wird das Schmieröl durch die rasch umlaufenden Teile mit Gasanteilen, bestehend aus Luft und Abgasen, versetzt. Je nach Bauart und Höchstdrehzahl betragen die maximalen Gasgehalte unter normalen Betriebsverhältnissen bis zu 10 Volumenprozente. Bei ungünstigen Verhältnissen können sich die Werte auf mehr als 20 Volumenprozente

erhöhen. Der Gasgehalt im Schmieröl, der zum Verschäumen des Schmieröls führt, vermindert die Tragfähigkeit des Schmieröls und begünstigt die Kavitation.

Um den Gasanteil im Schmieröl zu messen, ist es bekannt (MTZ 1975 Seite 196), die Volumenänderung einer ölprobe während der Entschäumung zu messen. Dazu wird bei den gewünschten Betriebsbedingungen eine ölprobe entnommen und deren Volumen gemessen. Nach der Entschäumung, die durch Zentrifugieren beschleunigt werden kann, wird das Volumen bei gleicher Temperatur noch einmal gemessen. Die Volumendifferenz entspricht der ursprünglich enthaltenen Gasmenge. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig, und da die Entschäumung eine längere Zeit beansprucht, nur für Gasgehalte bis ca. 15 Volumenprozent geeignet. Ferner arbeitet das Verfahren diskontinuierlich, so daß die Ergebnisse erst nach den Versuchen vorliegen.

Eine andere Möglichkeit, die auch eine kontinuierliehe Messung zuläßt, besteht darin, daß die Dichte des verschäumten Öls z. B. mit Hilfe geeichter Auftriebskörper und einer Waage bestimmt wird. Durch die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten am Auftriebskörper treten jedoch Ungenauigkeiten in der Messung auf. Außerdem sind komplizierte Geräte notwendig.

Ferner ist ein radiometrisches Meßverfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Gasgehaltes im Schmieröl bekannt (MTZ 1975, Seite 196 bis 200). Das Meßgerät ist jedoch recht aufwendig.

Des weiteren beschreibt the Review of Scientitic Instruments, Vol. 39, 1968, Seite 75 bis 77, eine Meßanordnung für Messungen geringer Dichtedifferenzen von Lösungen leicht löslicher Gase. Hierzu werden zwei mit Flüssigkeiten gefüllte über absperrbare Leitungen miteinander verbundene Röhren benutzt, zwischen denen ein Differentialdruckmeßgerät angeordnet ist. Das hier beschriebene Verfahren arbeitet stationär, d. h. die Meßeinrichtung wird mit Flüssigkeit gefüllt, anschließend wird reines, lösliches Gas durch die Flüssigkeiten geleitet, wobei letztere auf dem gewünschten Sättigungsdruck gehalten werden, sodann wird der hydrostatische Druck an dem oberen Ende der beiden Röhren angeglichen durch Hinzufügen eines inerten Gases in den Gasraum auf der Niederdruckseite und zwar solange, bis der gesamte Gasdruck auf beiden Seiten gleich ist. Sodann werden die Verbindungsleitungen geöffnet, um eine exakte Gleichheit der Drücke sicherzustellen. Erst dann kann die Messung beginnen, indem die Ventile in den Leitungen zum Differentialdruckmeßgerät geöffnet werden (Seite 76, linke Spalte, erster Absatz). Dieses Meßverfahren läßt sich zur Bestimmung der Dichte von wäßrigen Lösungen von leicht löslichen Gasen einsetzen.

Es ist jedoch nicht möglich, mit diesem Meßgerät und dem ihm zugrundeliegenden Verfahren kontinuierlich ein strömendes Meßfluid zu erfassen.

Daneben ist es aus F. X. Eder, Moderne Meßmethoden der Physik, Teil 1, 1952, Seite 85, 86 bekannt, daß nicht mischende Flüssigkeiten zur Dichtebestimmung in ein U-Rohr gefüllt werden können, wo sich ihre Flüssigkeitshöhen umgekehrt zu ihren Dichten verhalten.

Auch hier ist zum einen keine Aussage darüber gemacht, daß kontinuierlich gemessen werden kann. Zum anderen wird diese Meßmethode nur für nicht mischende Flüssigkeiten empfohlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren und ein danach arbeitendes Meßgerät zu entwickeln, das kontinuierlich das Mischungsverhältnis eines Gemisches aus einem flüssigen und einem gasförmigen Medium anzeigL

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß durch eine Röhre kontinuierlich geringe Mengen des zu messenden Gemisches mit konstanter Flüssigkeitshöhe geleitet werden, das sich v/ährend des gesamten Meßvorgangs mit einer in einer zweiten Röhre dis Systems befindlichen ungemischten Vergleichsflüssigkeit im Druckausgleich befindet und daß die sich während des Meßvorrganges einstellende Höhendifferenz der beiden Flüssigkeitssäulen als Maß für den Gasantdl in der Flüssigkeit abgenommen wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die mittlere Dichte des Flüssigkeitsgasgemisches mit der Dichte der reinen Flüssigkeit verglichen und die Differenz zur Anzeige gebracht Die Verfälschung, die durch den Entmischungsvorgang von Gas und Flüssigkeit auftreten kann, ist vernachlässigbar klein, wenn der Entmischungsvorgang langsam verläuft, wie dies beim Schmieröl-Gasgemisch infolge der Ölzähigkeit der Fall 'ist. Da in der Regel ferner die Dichte des Gases im Verhältnis zur Dichte der Flüssigkeit vernachlässigbar ist, kann die Meßanzeige unmittelbar auf eine Angabe in Volumenprozent geeicht werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß kontinuierlich das zu messende Flüssigkeitsgemisch bezüglich seiner Dichte untersucht werden kann und die Dichte ebenfalls kontinuierlich angezeigt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß die erste Röhre von einem Zylinder mit dem Boden gebildet ist, durch den das Flüssigkeits-Gasgemisch durch ringförmig angeordnete Bohrungen zuführbar ist, und in dem zentrisch ein Überlaufzylinder angeordnet ist, der den Zylinderboden durchdringt und mit der Rückflußleitung verbunden ist, und daß die zv/eite Röhre von einem zweiten Zylinder gebildet ist, der den ersten Zylinder umschließt und mit diesem einen Ringraum Dildet und mit dem ersten Zylinder in den Zylinderboden und in einem gemeinsamen Deckel befestigt ist. Durch die konzentrische Anordnung der beiden Röhren erreicht man neben einem einfachen Aufbau, einer guten Ablesemöglichkeit auch einen intensiven Wärmetausch zwischen dem Flüssigkeits-Gas-Gemisch und der Vergleichsflüssigkeit, so daß mit annähernd gleichen Temperaturen gerechnet weiden kann, wodurch Dichteunterschiede zwischen Vergleichsflüssigkeit und der zu messenden Flüssigkeit aufgrund der Temperatur praktisch verhindert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der erste und zwei ie Zylinder wenigstens auf einem Teil ihres Umfangs durchsichtig sind und einer der Zylinder eine Meßskala aufweist, Dadurch ist unmittelbar eine Ablesemöglichkeit für die Höhendifferenz der Flüssigkeitssäulen gegeben, wobei die Höhe der inneren Flüssigkeits-Gasgemischsäule durch die Anordnung des Oberlaufs festgelegt ist während sich die Höhe der Vergleichsflüssigkeit in Abhängigkeit vom Dichteunterschied einstellt Es ist daher zweckmäßig, den Nullpunkt der Meßskala, der mit dem oberen Rand des inneren Oberlaufs zusammenfällt auf dem äußeren Zylinder aufzutragen.

Ansteile der Ablesung des Gerätes durch einen Beobachter kann selbstverständlich auch eine Vorrichtung eingesetzt werden, die die Höhe der äußeren Flüssigkeitssäule oder die Höhendifferenz durch optische, elektrische oder akustische Meßwertgeber zur Anzeige bringt

is Für mehrere Versuchsanordnungen kann ein Meßgerät zweckmäßigerweise angewendet werden, bei dem die Röhren in korrespondierende Sektoren unterteilt sind, die getrennte Anschlüsse haben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Die Abbildung zeigt einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gerät

Eine erste Röhre wird von einem Zylinder 1 gebildet mit einem Boden 2, durch den über eine Anschlußbohrung 3 und einem Verteilerkanal 4 das Flüssigkeit-Gas Gemisch durch ringförmig angeordnete Bohrungen 5 zugeführt wird. Das Flüssigkeit-Gas-Gemisch steigt in der ersten Röhre bis zu einem oberen Rand 6 eines Überlaufzylinders 7, der den Zylinderboden 2 durchdringt und mit einer nicht näher dargestellten

it) Rückflußleitung verbunden ist. Eine zweite Röhre, ein Zylinder 8, umgibt die erste Röhre und bildet mit dieser einen Ringraum 9, in dem sich die gasfreie Vergleichsflüssigkeit befindet. Die Zylinder 1, 8 der ersten und zweiten Röhre sind im Zylinderboden 2 und in einem

JS gemeinsamen Deckel 10 gehaltert und durch Dichtungen 11 und 12 abgedichtet. Der Innenraum der ersten Röhre steht mit dem Ringraum 9 über Verbindungsbohrungen 13 in Verbindung. Ferner befinden sich im Deckel 10 Entlüftungsbohrungen 14 und 15 für den

ίο Ringraum 9 und den Innenraum der ersten Röhre. Der Deckel 10 wird durch eine Schraube 16 gehalten, die in einem im Überlaufzylinder 7 befestigten Steg 17 eingeschraubt ist. Je nach dem Gasanteil in dem Flüssigkeit-Gas-Gemisch fällt die Flüssigkeitssäule im

4ϊ Ringraum 9 ab. Die Höhendifferenz zwischen dem oberen Rand 6 des Überlaufzylinders 7 und dem Flüssigkeitsspiegel 18 bildet ein Maß für den Gasgehalt des Flüssigkeit-Gas-Gemisches. An der Außenseite des zweiten Zylinders 8, der aus einem durchsichtigen

so Werkstoff hergestellt ist, ist eine Meßskala 19 angebracht, deren Nullpunkt in Höhe des oberen Randes 6 des Überlaufzylinders 7 liegt Die Skala 19 kann in Verbindung mit den Abmessungen des Gerätes so geeicht werden, daß unmittelbar die Volumenprozen-

■j") te des Gasgehaltes abgelesen werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen des Mischungsverhältnisses eines Gemisches, welches aus einem flüssigen und einem gasförmigen Medium besteht, mittels Dichtevergleich in einem System kommunizierender Röhren, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Röhre kontinuierlich geringe Mengen des zu messenden Gemisches mit konstanter Flüssigkeitshöhe geleitet werden, das sich während des gesamten Meßvorganges mit einer in einer zweiten Röhre des Systems befindlichen, ungemischten Vergleichsflüssigkeit in Druckausgleich befindet, und daß die sich während des Meßvorganges einstellende Höhendifferenz der beiden Flüssigkeitssäulan als Maß für den Gasanteil in der Flüssigkeit abgenommen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem System kommunizierender Röhren, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Röhre von einem Zylinder (1) mit einem Boden (2) gebildet ist, durch den das Flüssigkeits-Gas-Gemisch durch ringförmig angeordnete Bohrungen (5) zuführbar ist und in dem zentrisch ein Überlaufzylinder (7) angeordnet ist, der den Zylinderboden (2) durchdringt und mit dem Rückfluß verbunden ist, und daß die zweite Röhre von einem zweiten Zylinder (8) gebildet ist, der den ersten Zylinder (1) umschließt und mit diesem einen Ringraum (9) bildet und mit dem ersten Zylinder (1) in dem Zylinderboden (2) und in einem gemeinsamen Deckel (10) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Zylinder (1, 8) wenigstens auf einem Teil ihres Umfangs durchsichtig sind und einer der Zylinder (I₁ 8) eine Meßskala (19) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Zylinder (8) eine Meßskala (19) aufweist, deren Nullpunkt (10) mit dem oberen Rand (6) des inneren Überlaufzylinders (7) zusammenfällt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der Höhe der äußeren Flüssigkeitssäule oder der Höhendifferenz optische, elektrische oder akustische Meßwertgeber vorhanden sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren in korrespondierende Sektoren unterteilt sind, die getrennte Anschlüsse (3) haben.