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Vorrichtung zur Konstanthaltung des
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Flüssigkeitsspiegels in einem Gefäß
Beschreibunq:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konstanthaltung des Flüssigkeitsspiegels
in einem Gefäße vorzugsweise einem Vorlagegefäß mit Wasser zur Befeuchtung einer
Meßeinrichtung, bei welcher das die Flüssigkeit enthaltende Gefäß mittels eines
Tauchrohres mit einem zweiten Vorratsgefäß konstanten Querschnittes für dieselbe
Flüssigkeit verbunden ist, wobei das Rohr auch dort in die Flüssigkeit ragt und
die Flüssigkeitsspiegel beider Gefäße somit nach Art kommunizierender Röhren in
Verbindung und damit in gleicher Höhe stehen.
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Der Zweck der hier vorliegenden Erfindung besteht in dem Konstanthalten
eines Flüssigkeitsspiegels, von z.B. Wasser,bei geringen Entnahme- oder Zugabemengen
bzw.-Geschwindigkeiten. Bisher wurde das Problem durch eine einfache Vogeltränke
gelöst, bei einer solchen dehnt sich jedoch infolge Temperaturschwankungen das Gasvolumen
aus und führt zu Verlusten durch Überlaufen der Wasservorlage.
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Aufgabe der vorlgende: Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zum
Konstanthalten eines Flüssigkeitsspiegels zu schaffen, die wartungsfrei, robust
und wetterfest arbeitet, dabei unempfindlich gegen kleinere Vertikalbeschleunigungen,
unabhängig von Energiezufuhr ist, und wenig bewegte Teile aufweist, sowie optisch
leicht kontrollierbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung bei einer
Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vor, daß das zweite Vorratsgefäß gegenüber
der starren Halterung an einer Feder aufgehängt ist, deren Federkonstante weitgehend
gleich dem differentiellen Gewicht der Flüssigkeitssäule in dem Vorratsgefäß ist
und daß in diesem Gefäß ein Eintauchkörper dem Innenraum annähernd gleichen Querschnittes
vorhanden ist, der starr an der Halterung befestigt, das an der Feder aufgehängte
Vorratsgefäß
ihm gegenüber jedoch auf- und abbewegbar ist. Weiterhin
schlägt die Erfindung vorteilhafter Weise vor, daß die Aufhängung für den Eintauchkörper
aus einem senkrechten, diesen durchdringenden und nach unten offenen Rohr besteht,
welches an der starren Halterung befestigt ist und welches durch die Wandung des
Vorratsgefäßes beweglich hindurchgeführt wird und daß das Rohr in den konstant zu
haltenden Flüssigkeitsspiegel des ersten Gefäßes führt.
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Auf diese Art kann nun eine sehr gute Konstanthaltung im Bereich von
+ 1 mm des Flüssigkeitsspiegels erzielt werden. Eine sehr einfache Handhabung unter
erschwertenBedingungen ist weiterhin gegeben, einfaches Nachfüllen, Kontrolle des
Vorrats von weitem her sind weitere Vorteile. Gerät das Vorratsgefäß in Schwingungen,
so reicht die Dämpfung in den Zwischenleitungen aus, um bereits in der Vorlage nur
kleine, an dem zu befeuchtenden Meßgerät nicht mehr spürbare Schwankungen zur Folge
zu haben. Somit werden Verluste durch überschwapperrdes Wasser an diesem Meßgerät
ausgeschlossen und eine stets definiert gleiche Befeuchtung des Gerätes über das
Ausgleichsgefäß sichergestellt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der
Figur näher beschrieben. Die Figur zeigt eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Das Prinzip, nach dem die Vorrichtung arbeitet, ist dabei folgendes:
Wird ein Gefäß mit konstantem Querschnitt, gefüllt mit einer Flüssigkeit homogener
Verteilung ihres spezifischen Gewichts, an einer Feder aufgehängt oder auf eine
Feder gestellt, der Art, daß die Federkonstante genau gleich dem differentiellen
Gewicht der Flüssigkeitssäule ist, so bleibt der Flüssigkeitsspiegel in seiner räumlichen
Höhe bei Entnahme oder Füllen konstant. Die genaue Einhaltung der Gleichheit ist
technisch nicht zu realisieren, da die Feder ermüdet, Temperaturabhängigkeiten vorhanden
sind sowie Querschnittsänderungen möglich werden. Wird jedoch ein räumlich starr
fixierter Eintauchkörper mit möglichst großEm Querschnitt und ebener Unterkante
in das Gefäß eingebracht, so setzen mit dem Beginn des
Eintauchens
der Körperunterkante in den Flüssigkeitsspiegel Auftriebskräfte ein. Dabei wird
die auf die Feder einwirkende differentielle Kraft im Verhältnis des verdrängenden
zum verbliebenen freien Querschnitt vergrößert. Im gleichen Verhältnis wird eine
durch Abweichung der Federkonstanten vom differentiellen Gewicht der Flüssigkeitssäule
sonst ohne Eintauchkörper resultierende Niveauabhängigkeit vom Füllstand reduziert,
wenn Kapillarkrafte vernachlässigt werden können.
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Ausführunasbeispiel Das erfindungsgemäße Gerät soll an einem schwimmenden
Stahlgittermast in einem Fluß befestigt, ein Psychrometer befeuchten. Das Gerät
besteht als Basis aus einem starren Rahmen 1, der aus durchsichtigem Acrylglas gefertigt
ist . Auf einem Boden 2, der vom Rahmen 1 entfernt sein kann, ist das Ausgleichsgefäß
3 befestigt, in dem sich eireFlüssigkeit 4 - hier z. B. Wasser - befindet, dessert
Flüssigkeitsspiegel 5 trotz Entnahme oder Zugabe konstant hoch gehalten werden soll.
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Aus dem Ausgleichsgefäß 3, das als Vofilagegefäß dient, soll Flüssigkeit
entnommen oder eingebracht werden.
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Am oberen Teil des Rahmens 1 ist eine Querspange 6 angebracht, an
welcher ein senkrecht nach unten führendes Rohr 7 starr befestigt ist. Das untere,
offene Ende 8 des Rohres 7 ragt nun in ein Vorratsgefäß 9 mit konstantem Querschnitt,
wobei es beweglich an der Stelle 1o durch die Gefäßwand geführt ist.
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In dem Gefäß 9 befindet sich ebenfalls die Flüssigkeit 4, in welche
das Rohrende 8 hineinragt. Am Rohrende 8 ist ein Eintauchkörper 11 mit dem Innendurchmesser
des Gefäßes 9 annähernd gleichen Querschnittsund ebener Unterkante 12 befestigt,der
in die Flüssigkeit 4 eintaucht und der auf die Flüssigkeit 4 Auftriebskräfte ausübt.
Das Rohr 7 dient gleichzeitig als Halterung für den Eintauchkörper 11, sowie als
Führung für das Gefäß 9 und zur Flüssigkeitsübertragung zum Gefäß 3. Dazu führt
von seinem oberen Teil 13 ein weiteres Rohr 14 mit seinem unteren Ende 15 in die
Flüssigkeit 4 im Behälter 3 bzw. unter
unter dem Flüssigkeitsspeigel
5, so daß die beiden Flussiakeitsspiegel 5 und 16 nach Art kommunizierender Röhren
miteinander in Verbindung und auf gleicher Höhe stehen.
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Das Vorratsgefäß 9 ist mittels Aufhängefedern 17, von denen eine schematisch
dargestellt ist, an der Querspange 6 angehängt. Dabei soll die Federkonstante möglichst
genau gleich dem differentiellen Gewicht der Flüssigkeit sein, so daß eine Änderung
des Flüssigkeitsspiegels immer eine gleiche Federkraftänderung bewirkt.
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Ist nun das Gefäß 9 ganz gefüllt und die beiden Flüssigkeitsspiegel
5 und 16 stehen in gleicher Höhle, so befindet sich das Gefäß in der unteren Position
18. Ist es fast leer, so wird es durch die Feder 17 in die obere Position 19 gezogen,
ohne daß sich die Höhen der Flüssigkeitsspiegel 5 und 16 geändert haben.
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Auf diese Weise bleibt der Spiegel 5 im Gefäß 3 trotz Wasserentnahme
bzw.-Zugabe immer auf konstanter Höhe und kann zu weiteren Zwecken, wie z.B. konstanter
Befeuchtung eines Miniaturpsychrometers verwendet werden.
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Es ist auch mit Vorteil möglich, nur den Flüssigkeitsspiegel im Gefäß
9 konstant zu haltend.h. zu einer Befeuchtung nur diesen Spiegel 16 zu benutzen
und auf das Rohr 7 bis 14 nebst dem Gefäß 3 ganz zu verzichten. Die Funktion eines
solchen Gerätes ist prinzipiell gleich, nur daß dabei der Flüssigkeitsspiegel nicht
auf ein anderes Gefäß, welches in gewisser Entfernung stehen kann, übertragen wird.
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Im folgenden wird eine tabellarische Aufreihung der in der Figur verwendeten
Positionsnummern angegeben