DE3042890A1

DE3042890A1 - Fluessigkeitsdichte-messgeraet

Info

Publication number: DE3042890A1
Application number: DE19803042890
Authority: DE
Inventors: Frank Ville St. Laurent Quebec Rosenblum
Original assignee: Noranda Mines Ltd Toronto Ontario; Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1981-09-03
Also published as: ZA807448B; AU527020B2; FI803328L; JPS5690240A; AU6378380A; GB2064789B; GB2064789A; CA1112471A; US4307609A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit oder einer Suspension von Fest-· stoffen in einer Flüssigkeit, und insbesondere auf ein Gerät zurErzeugung eines genauen und zuverlässigen elektrischen Ausgangswertes, der proportional zur Dichte der gemessenen Flüssigkeit ist.

Das Gerät basiert auf der Verwendung von zwei in senkrechter Richtung getrennten Druckfühlern, die mit einem Differentialdruckwandler verbunden sind. Die Verwendung eines ' Wandlers, der direkt zwischen Druckfühler eingeschaltet ist, um einen elektrischen Ausgang zu erzeugen, der proportional zur Dichte einer Testflüssigkeit ist, ist an sich bekannt. Ein Gerät dieser Art ist in der US-PS 4 136 567 beschrieben. Die Empfindlichkeit eines derartigen Gerätes ist jedoch begrenzt. Wenn beispielsweise die beiden Sensoren, die in Wasser eingetaucht sind, einen Abstand von 35,56 cm voneinander haben, so beträgt der am Wandler auf-

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tretende Druck etwa 0,035 kg/cm . Wenn diese Wandler in eine Lösung eingetaucht werden, die eine Dichte von 1,1 g/L

2 aufweisen, beträgt der Druckunterschied am Wandler 0,0387 kg/cm Eine Änderung der Dichte in der Größenordnung von 0,1 Einheiten führt zu einer Druckänderung von 0,003 5 kg/cm . Für einen Geber, der eine Meßbereichsempfindlichkeit von 0,1 g/L aufweist, wäre deshalb ein Differenzialdruckwandler mit einem

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Bereich von 0,0035 kg/cm erforderlich, um eine optimale Leistung zu erzielen. Das vorstehende Beispiel zeigt jedoch, wenn ein wesentlich weniger empfindlicher Wandler mit einem

2 Bereich von wenigstens 0,0387 kg/cm verwendet wird, eine

Anfangslast von 0,035 kg/cm ausgeübt wird, wenn die Druckfühler in das Wasser eingetaucht werden. Weniger als 10%

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des Meßbereichs des Wandlers werden deshalb für den vollen Meßausgang verwendet. Es ist klar, daß ein derartiges Gerät mehr Störsignale erzeugt und weniger stabil ist als ein System, bei dem der gesamte Meßbereich des Wandlers verwendet werden kann.

Es ist deshalb ein Ziel derι Erfindung, ein Flüssigkeitsdichte-Meßgerät zu schaffen, bei dem der Druckbereich des Meßgerätes an <p.en vollen Bereich des "Wandlers angepaßt ist.

Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, ein Flüssigkeitsdichte-Meßgerät zu schaffen, welches ein hohes Auflösungsvermögen und eine geringe Ausgangsdrift aufweist, so daß geringe Dichteänderungen einer Testflüssigkeit von beispielsweise 0,001 g/L in eine verwendbare Änderung der Ausgangsspannung umgewandelt werden kann.

Das erfindungsgemäße Gerät weist zwei Druckfühler auf, die in der zu prüfenden Flüssigkeit derart angeordnet werden, daß die beiden Fühler in senkrechter Richtung einen vorbestimmten Abstand voneinander haben, wobei ferner ein Differentialdruckwandler vorgesehen ist und Verbindungsleitungen, die eine Differentialdruck-Nulleinstellungseinrichtung aufweisen, welche die Druckfühler mit dem Differentialdruckwandler verbinden, um einen Ausgang proportional zur Dichte der Flüssigkeit zu erzeugen, wobei dieser Ausgang um den Differentialdruck kompensiert ist, der durch die unterschiedliche Höhe der Druckfühler in der Flüssigkeit erzeugt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Differentialdruck-Abgleichsvorrichtung zwei ü-förmige Rohre auf, die mit Flüssigkeit gefüllt sind und ferner

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Rohrleitungen, die gasgefüllte Rohrleitungen umfassen und die einen Schenkel eines jeden U-förmigen Rohres mit einem Druckfühler und den anderen Schenkel eines jeden U-förmigen Rohres mit einem Differentialdruckwandler verbinden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Druckfühler an einem Ende einer Halterung von vorbestimmter Länge montiert und der Differentialdruckwandler am anderen Ende der Halterung. Die Halterung ist hohl und die Leitungen erstrecken sich durch die Mitte der Halterung hindurch. Die Z-förmigen Rohre sind ebenfalls übereinander innerhalb der hohlen Halterung montiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsdichte-Meßgerätes,

Fig. 2 und 4 eine Seiten- und eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform eines tragbaren Flüssigkeitsdichte-Meßgerätes ,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles einer Ausführungsform, die innerhalb der Pfeile 3-3 der Fig. 2 angeordnet ist,

Fig. 5 eine schematische Ansicht der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten^. Aus führungs form.

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Fig. 6 eine weitere abgeänderte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes
und

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Dichte einer Flüssigkeit in einem Behälter als Funktion der Zeit, gemessen einmal mit einem Gerät nach der Erfindung und mit einem handelsüblichen hochpräzisen Flüssigkeitsdichte-Meßinstrument .

Es sei nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen. Fig. 1 zeigt ein Gerät zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit, welches zwei im senkrechten Abstand voneinander angeordnete Fühler 10 und 12 aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet sind, daß sie in eine Flüssigkeit eingetaucht werden können Jeder Fühler ist mittels gasgefüllten Rohren oder Leitungen 14 und 16 mit getrennten, mit Flüssigkeit gefüllten U-förmigen Rohren 18 und 20 über Schieber oder Ventile 22 und 24 verbunden. Der andere Schenkel eines jeden U-förmigen Rohres ist mittels eines gasgefüllten Rohres oder einer gasgefüllten Leitung 26 und 28 mit einem Differentialdruckwandler 30 verbunden. Ventile oder Schieber 32 und 34 sind in den Leitungen 26 und 28 angeordnet, damit diese Leitungen zur Atmosphäre hin geöffnet werden können.

Wenn alle Ventile 22, 24, 32 und 34 geöffnet sind, wird das Flüssigkeitsdichte-Meßgerät zunächst in die Flüssigkeit eingetaucht. Die Flüssigkeitspegel in den beiden U-förmigen Rohren 18 und 20 steigen auf die Höhe h. und h₂ an. Da die Ventile 32 und 34 geöffnet sind, bleibt der Druck in den Leitungen 26 und 28 und damit über den U-förmigen Rohren auf dem Wert des atmosphärischen Druckes. Die Ventile 32 und 34 werden dann geschlossen, und das Flüssigkeitsdichte-Meßgerät wird tiefer in die Flüssigkeit eingetaucht. Die

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Flüssigkeitspegel in den U-förmigen Rohren werden gering ansteigen und einen gleichen positiven Druck auf beide Seiten des Wandlers ausüben, wobei der Differentialdruck, der auf den Wandler aufgebracht wird, noch unverändert bleibt. Dadurch wirken die beiden U-förmigen Rohre als Drucknulleiristellungs- oder Drucknullabgleichseinrichtungen. Eine nachfolgende Änderung der Dichte der Flüssigkeit wird dann durch den Differentialdruckwandler festgestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß die Basislinie Null ist, und dies ermöglicht es, den vollen Meßbereich des Wandlers für die Änderungen der Dichte auszunutzen. Wenn man beispielsweise zwei Fühler verwendet, die einen Abstand von 71,1 cm voneinander haben, so kann ein Differentialdruckwandler mit einem Meßbereich von Null bis 0,007 kg/cm (Null bis 0,1 psi) für ein Dichte-Meßgerät verwendet werden, welches eine Lösungsdichteveränderung von 0,1 g/L über den vollen Bereich überwachen kann, wohingegen ein Differentialdruckwandler

2 für einen Bereich von wenigstens Null bis 0,077 kg/cm (Null bis 1,1 psi) bisher erforderlich war, da es notwendig

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war, eine Ablesung von 0,07 kg/cm zu ermöglichen, die durch die Druckhöhe von 71,1 cm Wasser zwischen den beiden Druckfühlern erzeugt wurde.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines tragbaren Flüssigkeitsdichte-Meßgerätes, welches eine Halterung 40 aufweist, zwei Druckfühler 42 und 44, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander an einem Ende der Halterung angeordnet sind und ein Gehäuse 46 am anderen Ende der Halterung, welches einen Differentialdruckwandler 48 und zwei Ventile 50 und 52 aufnimmt. Die Halterung und die Druckfühler sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder aus einem korrosions- und abriebfestem Material hergestellt, so daß das Dichte-Meßgerät in korrodierenden und abrasiven Lösungen

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verwendet werden kann. Die beiden Druckfühler weisen ein flaches Gehäuse 54 auf, welches von.einer Membran 56 verschlossen ist, die am Gehäuse mittels eines Ringes 58 befestigt ist. Die Gehäuse der Druckfühler 42 und 44 weisen im Boden eine Bohrung auf, an die das Ende von Rohren 60 und 62 angeschweißt ist/ die sich durch die Mitte der Halterung zum Gehäuse 46 erstrecken und dann durch die Ventile 50 und 52 und dann nach unten in die Halterung zur Oberseite der Flüssigkeitsbehälter 64 und 66, von denen jeder einen Zweig eines ü-förmigen Rohres bildet. Die Böden der Flüssigkeitsbehälter 64 und 66 sind mit dem Differentialdruckwandler über Rohre 68 bzw. 70 verbunden, die sich ebenfalls durch die Mitte der hohlen Halterung 40 erstrecken und den zweiten Zweig oder Schenkel der U-förmigen Rohre bilden.

Das Gehäuse 46 weist eine Bodenplatte 72 auf, die am Ende der Halterung 40 befestigt ist, und eine umgekehrte Gehäusekappe 74, die ebenfalls an der Bodenplatte befestigt ist. Ein O-Ring 76 ist in einem ringförmigen Schlitz in der Bodenplatte angeordnet, um das Gehäuse 46 gegenüber der Bodenplatte 72 abzudichten. Dies ermöglicht die Verwendung des Dichte-Meßgerätes in einer schädlichen Arbeitsatmosphäre. Eine Konsole 78 ist an der Bodenplatte 72 befestigt und dient zur Montage des Differentialdruckwandlers 48 und der Ventile 50 und 52.

Die Fig. 5 zeigt schematisch die verschiedenen Rohranschlüsse bzw. Rohrverbindungen der Druckfühler mit den U-förmigen Rohren und der ü-förmigen Rohre mit dem Differentialdruckwandler. Es sei bemerkt, daß der Druckwandler eingebaute Entlüftungen zur Atmosphäre aufweist, wodurch die Verwendung von getrennten Ventilen (Ventile 32 und 34 in Fig. 1) in den Rohren 70 und 68 ausgeschaltet wird. Die Oberseite

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des Wandlers weist einen nicht dargestellten Ausgang auf, der mit einem Monitor verbunden werden kann.

Das im Vorstehenden tragbare Dichte-Meßgerät arbeitet in der gleichen Weise wie das in Fig. 1 dargestellte. Die Ventile 22 und 24 bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform und die Ventile 50 und 52 bei der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform werden vorzugsweise geschlossen, wenn das Gerät aus der Flüssigkeit herausgenommen wird, um eine Beschädigung des Wandlers zu verhindern, die durch den plötzlichen Druckunterschied erfolgen könnte, der auf den Wandler übertragen wird, wenn die Druckfühler aus der Flüssigkeit herausgenommen werden. Die Ventile 22 und 24 werden ebenfalls während der Eichung des Dichtemessers durch Eintauchen des Dichtemessers nacheinander in Lösungen bekannter Dichte geschlossen.

Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die beiden Rohre 80 in einen Flüssigkeitsbehälter eingetaucht werden. Diese Rohre sind ebenfalls mit einer Druckgasquelle verbunden, und die Menge des Gases, welche jedem Rohr zugeführt wird, wird durch die Ventile 84 und 86 derart eingestellt, daß lediglich Glasbläschen in die Flüssigkeit eingeführt werden. Der Rückdruck, der in jedem Rohr erzeugt wird, wird getrennten, mit Flüssigkeit gefüllten U-förmigen Rohren 88 und 90 über Rohre oder Leitungen 92 und 94 zugeführt, die mit den entsprechenden Rohren 80 verbunden sind. Der andere Schenkel eines jeden U-förmigen Rohres ist über Rohre 96 und 98 mit einem Differentialdruckwandler 100 verbunden. Ventile 102 und 104 sind in den Rohren 96 und 98 angeordnet, damit diese Rohre zur Atmosphäre hin geöffnet werden können. Diese Ausführungsform ist äquivalent zu der in Fig. 1 dargestellten und ar-

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beitet in der gleichen Weise, mit Ausnahme der Tatsache, daß der Typ der verwendeten Druckfühler verschieden ist. Diese Ausfuhrungsform kann ebenfalls als tragbares Gerät gestaltet werden wie die in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Ausführungsform, indem die Rohre 80 in einer hohlen Halterung angeordnet werden und sich durch zwei öffnungen hindurcherstrecken, die in einem vorbestimmten Abstand am unteren Ende der Halterung angeordnet sind. Die U-förmigen Rohre können innerhalb der Halterung angeordnet werden, wie bei dem in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, und zwar zusammen mit den Rohren 96 und 98, die zum Wandler 100 führen. Der Wandler, die Ventile und der Gaseinlaß können in einem Gehäuse am oberen Ende der Halterung angeordnet sein.

Das Flüssigkeitsdichte-Meßgerät wurde in einem CuSO -

4 Speichertank bei der Firma Noranda Mines Limited getestet. Eine Aufzeichnung des Dichte-Meßgerät-Ausganges über eine Periode von 48 Stunden ist in Fig. 7 dargestellt. Die Dichte wurde regelmäßig mit einem kommerziell erhältlichen Flüssigkeitsdichte-Meßgerät geprüft, welches eine Genauigkeit von 0,0005 g/L hatte. Die Werte des kommerziellen Instrumentes sind in Fig. 7 durch kleine Kreise dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß der Ausgang des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsdichte-Meßgerätes mit dem des kommerziellen Präzisions-Meßgerätes genau übereinstimmt.

Es können Abänderungen vorgenommen werden, die im Rahmen der Erfindung liegen.

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Claims

MÜLLER-BORE · DBUFEt, "-SiDHON -HBRTEt,"

PATEKTANWiLTE

13. NOV. 1980 3042890

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927-1375) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.- CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

ZUGELASSENE VERTRETER ΠΕΙΜ EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTA riVES OEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAtUF¹. ACiRl!ViS PRts Ι-'ΟΓΚΙΟΕ FUHOI¹FEN OE'-i HRFVF¹If₁

Hl/Gei.-N 1409

NORANDA MINES LIMITED, Toronto, Ontario / Kanada

Flüssigkeitsdichte-Meßgerät

Patentansprüche

.^ Gerät zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit oder einer Suspension von Feststoffen in einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch

a) zwei Druckfühler, die in der Flüssigkeit derart montiert sind, daß die beiden Fühler einen vorbestimmten senkrechten Abstand voneinander haben,

b) einen Differentialdruckwandler un

c) Rohrleitungen, die eine Differentialdruck-Nullabgleichsvorrichtung umfassen und die die Druckfühler mit dem Wandler verbinden, um einen Ausgang zu erzeugen, der proportional zur Dichte der Flüssigkeit ist und der bezüglic des Druckes kompensiert ist, der durch die unterschiedlichen Höhen der Fühler in der Flüssigkeit erzeugt wird.

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MÜNCHEN 86. SiEBERTSTR. 4 ■ POB 860 720 · KABEL: MUEBOPAT - TEL. (089) 474005 · TELECOPIER XEROX 400 ■ TELEX S-24S

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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialdruck-Nullabgleichsvorrichtung zwei U-fÖrmige Rohre aufweist, die mit Flüssigkeit gefüllt sind, daß diese Rohre mit Gas gefüllte Leitungen aufweisen, die einen Schenkel eines jeden U-Rohres mit einem entsprechenden Druckfühler und den anderen Schenkel eines jeden U-Rohres mit dem Differentialdruckwandler verbinden.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckfühler an einem Ende einer Halterung von vorbestimmter Länge befestigt sind und daß der Differentialdruckwandler am anderen Ende der Halterung befestigt ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung hohl ist und daß sich die Rohrleitungen durch die Mitte der Halterung erstrecken.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ü-förmigen Rohre ebenfalls innerhalb der hohlen Halterung angeordnet sind.
6. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil in jeder Leitung angeordnet ist, welche die U-förmigen Rohre mit den Druckfühlern verbinden und daß dieses Ventil geöffnet werden kann, wenn das Gerät in die Flüssigkeit eingetaucht ist und geschlossen wird, wenn das Gerät aus der Flüssigkeit herausgenommen wird.
7. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Ventil, welches in jeder Leitung angeordnet ist, die die ü-förmigen Rohre mit dem Differentialdruckwandler verbindet, wobei das Ventil geöffnet wird, wenn das Gerät in die Flüssigkeit eingetaucht und geschlossen wird, nachdem das Gerät in die Flüssigkeit eingetaucht ist.

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8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfühler Membrandruckfühler sind.
9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfühler zwei Rohre sind, die derart in die Flüssigkeit sich erstrecken, daß deren unteren Enden den vorbestimmten Höhenabstand voneinander haben und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um Gas in jedes Rohr mit einem derartigen Druck einzuführen, daß sich Bläschen in der Flüssigkeit auszubilden beginnen und daß der auf diese Weise erzeugte Rückdruck dem Differentialdruckwandler zugeführt wird.

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