DE3153462C2

DE3153462C2 -

Info

Publication number: DE3153462C2
Application number: DE3153462A
Authority: DE
Inventors: George Edgar Prof. 4000 Duesseldorf De Callahan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1991-05-02
Anticipated expiration: 2001-05-01
Also published as: JPS5719643A; US4353253A

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichte-Meßvorrichtung zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit innerhalb eines vorbestimmten Dichtebereiches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Dichte-Meßvorrichtung ist bereits aus der amerikanischen Patentschrift US-A-41 36 551 bekannt. Diese bekannte Dichte-Meßvorrichtung weist zwei um eine Achse drehbare gelagerte Schwimmer auf, die aus mindestens einem Auftriebskörper und mindestens einem Beschwerungskörper bestehen. Die Schwimmer sind dabei als Kreisscheiben gestaltet, die sich beim Eintauchen in die zu messende Flüssigkeit gegenläufig um die gemeinsame Achse drehen. Durch die gegenläufige Rotation der Schwimmer verdoppelt sich im wesentlichen die resultierende Auslenkung der Schwimmer relativ zueinander, verglichen mit einer Kombination aus einer feststehenden Skala und einem rotierendem Zeiger, so daß insgesamt die Ablesegenauigkeit vergrößert wird.

Ein bei gattungsgemäßen Dichte-Meßvorrichtungen auftretendes Problem ist die aus den geometrischen Bedingungen resultierende Nicht-Linearität der Skala. Zur Verbesserung der Skalenlinearität wird in der US-A-41 36 551 vorgeschlagen, die Schwimmer mit beweglichen Gewichten zu versehen, die letztendlich den Massen- bzw. Auftriebsschwerpunkt der Schwimmer in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Schwimmer verändert. Nachteilig bei einer solchen Ausgestaltung ist jedoch vor allem, daß sich der gesamte Aufbau der Dichte-Meßvorrichtung kompliziert gestaltet, wodurch zum einen sich die Herstellung solcher Meß- vorrichtungen signifikant verteuert und zum anderen die Funktionssicherheit der Meßvorrichtung durch die relativ zueinander beweglichen Teile stark beeinträchtig wird.

Weitere gattungsmäßige Dichte-Meßvorrichtungen sind aus den amerikanischen Patentschriften US-A-39 08 467 und US-A-40 37 481 bekannt.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Skalenlinearität einer gattungsgemäßen Dichte-Meßvorrichtung auf einfache Weise ohne komplizierte Zusatzeinrichtung bei gleichzeitiger Beibehaltung einer hohen Ablesegenauigkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Dichte-Meßvorrichtung gemäß der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend sind verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schwimmer mit Beschwerung;

Fig. 2 die Skala des Schwimmers von Fig. 1;

Fig. 3 ein Beispiel der jeweiligen Schwimmwin kel zweier Schwimmer bei gleichgroßen Dichteänderungen;

Fig. 4 eine Ausführungsform zweier Schwimmer und die resultierende Dichteskala;

Fig. 5 und 6 Einzelheiten der Ausführungsform nach Fig. 4;

Fig. 7 typische Ausdehnungskurven in vereinfachter Form;

Fig. 8 den Temperaturfehler bekannter Dichtemesser entsprechend Fig. 7;

Fig. 9 für eine Ausführungsform der Erfindung Ausdehnungskurven analog zu Fig. 7;

Fig. 10a und 10b den entsprechenden Temperaturfehler für die Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 eine Alternative zu Fig. 9;

Fig. 12a und 12b den entsprechenden Temperaturfehler für eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 eine weitere Alternative zu Fig. 9;

Fig. 14a und 14b den entsprechenden Temperaturfehler in einer idealen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15a eine Ausführungsform eines Schwimmers ähnlich Fig. 6, aber mit einer Beschwerung niedriger Dichte;

Fig. 15b und 15c Ausführungsformen analog zu Fig. 15a, aber mit anderer Befestigung der Beschwerung niedriger Dichte;

Fig. 16 den Temperaturfehler in einer Anwendung mit wirklichen Materialien;

Fig. 17 einen tragbaren Dichtemesser.

Über Dichte-Meßvorrichtungen der vorliegenden Gattung gibt es kaum Literatur und, da ein Verständnis ihres Funktionsprinzips in der nachfolgenden Beschreibung vorausgesetzt wird, soll dieses Prinzip mit Bezug auf Fig. 1 kurz erläutert werden.

Ein solcher dichteempfindlicher Schwimmer besteht aus einem drehbar gelagerten Auftriebskörper mit einer Beschwerung derart, daß die folgenden Kriterien innerhalb des gesamten Meßbereichs gelten:

1. Die radiale Verbindung zwischen Drehpunkt und Auftriebsschwerpunkt bildet mit der Horizontalen einen höheren Winkel als die radiale Verbindung zwischen Drehpunkt und Gewichtsschwerpunkt, d. h. der Schwimmer ist hydrostatisch stabil;
2. Die Dichte der Flüssigkeit (die gemessen werden soll) ist größer als die Dichte des Auftriebskörpers und kleiner als die Dichte der Beschwerung, d. h. bei einer Flüssigkeitsdichte ρ, einer Dichte des Auftriebskörpers ρ_a und einer Dichte der Beschwerung ρ_b gilt folgende Ungleichung für alle Werte von ρ : ρ_a < ρ <ρ_b.

Die Geometrie eines solchen Schwimmers zeigt Fig. 1, wo die radiale Verbindung zwischen Drehpunkt und Auftriebsschwerpunkt mit der Horizontale einen Winkel α bildet und von der Verbindung zwischen Drehpunkt und Gewichtsschwerpunkt durch den Winkel β getrennt ist. Ist das Volumen des Auftriebskörpers V_a mit dem Auftriebsschwerpunkt im radialen Abstand A vom Drehpunkt, und das Volumen der Beschwerung V_b mit dem Gewichtsschwerpunkt im radialen Abstand B vom Drehpunkt, so ist das Drehmoment des Schwimmers:

M = ρ (V_aA cos α + V_bB cos (α-β)) - ρ_aV_aA cos α - ρ_bV_bB cos (α-β) [1]

Taucht ein solcher Schwimmer in eine Flüssigkeit ein, so rotiert er, bis das Drehmoment Null ist. Je höher die relative Dichte der Flüssigkeit, um so höher (mehr positiv) ist der Winkel α. Dies ist ein stabiler Zustand, wobei:

(ρ-ρ_a) V_aA cos α = (ρ_b - ρ) V_bB cos (α-β) [2]

Der Schwimmwinkel bei einer gegebenen Flüssigkeitsdichte läßt sich mit einer Umordnung von (2) berechnen, worin die Schwimmergeometrie mit dem ersten Ausdruck, das Verhältnis der Dichten mit dem zweiten Ausdruck und die entsprechenden Winkel mit dem dritten Ausdruck beschrieben werden:

Die verwendeten Bezeichnungen für Länge, Volumen und Dichte gelten bei einer gegebenen Bezugstemperatur. Nachfolgend werden die Auswirkungen auf Dichtemessungen betrachtet, die bei Temperaturen verschieden von der Bezugstemperatur gemacht werden, und es ist offensichtlich, daß diese Größen alle durch die Wärmeausdehnung beeinflußt werden. Bei der Betrachtung von Materialien, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten mit der Temperatur veränderlich sind, kann man die Wärmeausdehnung als das Verhältnis zwischen einer Länge l, gemessen bei der Bezugstemperatur T, und der Änderung dieser Länge Δl bei einer anderen Temperatur R ausdrücken.

Bei der Temperatur R ist demnach jede Bezugstemperatur-Länge l um den Faktor 1 + verändert, und die veränderte Länge ist

Da Δl klein ist, kann man die entsprechende Volumenänderung mit 3Δl annehmen. So wird aus dem Bezugstemperatur-Volumen V ein entsprechend verändertes Volumen

Diese Volumenänderung bedingt offensicht lich eine inverse Dichteänderung, so daß

Wird die Wärmeausdehnung des Auftriebskörpers einfach mit bezeichnet und die Wärmeausdehnung der Beschwerung ent sprechend mit , und werden die vorgenannten Ausdrücke für die geänderten Längen, Volumina und Dichten in Gleichung (1) eingeführt, so kann man den Schwimmwinkel in einer Flüssigkeit mit der Dichte ρ_R bei der Temperatur R berechnen mit:

Diese Gleichung ist ähnlich Gleichung (3), und die Tatsache, daß der erste Ausdruck beider Gleichungen derselbe ist, ist typisch für Schwimmer, bei denen - nach der bisherigen Praxis - die Beschwerung an dem Auftriebskörper befestigt ist. In diesem Falle werden die Längen A und B allein durch die Wärmeausdehnung des Auftriebskörpers bestimmt, so daß ihre Änderung proportional und auf die Wärmeausdehnungs-Charakteristik des Schwimmers ohne Einfluß ist.

Da es ein weiteres Ziel der Erfindung ist, Temperaturfehler besser als bisher zu korrigieren, werden hernach neue Bauarten zur Beeinflussung der Wärmeausdehnungs-Charakteristik des Schwimmers vorgeschlagen. Hierzu ist es notwendig, den Begriff eines "Befestigungsradius" einzuführen; dies ist der Abstand R_a zwischen Drehpunkt des Schwimmers und festem Anbringungspunkt des Auftriebskörpers, bzw. der entsprechende Abstand R_b für die Beschwerung. Durch Einführung dieser Ausdrücke wird die für die Gleichung (4) gemachte Einschränkung aufgehoben, so daß Wärmeausdehnungseffekte in Schwimmern jeglicher Bauart beschrieben werden mit:

Bei der Bezugstemperatur kann man mit Gleichung (3) die Schwimmerwinkel eines typischen Schwimmers für gleiche Inkremente der Flüssigkeitsdichte errechnen und wie in Fig. 2 aufzeichnen. Hier zeigt es sich, daß gleiche Dichteinkremente sehr ungleichen Winkelinkrementen entsprechen, und daß dieser Mangel an Linearität den praktisch verwendbaren Skalenumfang auf etwa 80° begrenzt. Dies ist eine Eigenschaft solcher Geräte, und so kann eine annehmbare Linearität der Dichteskala nur durch Einschränkung des Skalenumfangs - d. h. durch Verkleinerung des Meßbereichs oder der Teilungsabstände - erreicht werden.

Als ein Beispiel einer Eigenschaft der Erfindung zeigt Fig. 3 die Winkelskalen 19 und 20, die gleichen Inkrementen der Flüssigkeitsdichte (zwischen 1020 und 1080 kg/m³) entsprechen. Skala 19 gilt für Schwimmer 19, der offensichtlich so beschaffen ist, daß er im unteren Teil des Dichtebereichs relativ große Winkelinkremente aufweist, während Skala 20 für Schwimmer 20 gilt, der umgekehrt beschaffen ist. Da der Bereich der größten Winkelinkremente der Bereich der größten Meßgenauigkeit ist, kann man sagen, daß im unteren Dichtebereich der Schwimmer 19 das Meßergebnis überwiegend bestimmt, während im oberen Dichtebereich der Schwimmer 20 überwiegt. Wird auf diese Weise den beiden Schwimmern je die Hälfte des Dichtebereichs zugeordnet, so sieht man, daß jede Hälfte einem Winkelbereich von etwa 80° entspricht (durch unterbrochene Linien angedeutet), worin die Winkelinkremente relativ groß sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung trägt einer der Schwimmer eine Dichteskala und der andere einen Zeiger, dessen Stellung an der Skala abgelesen werden kann; ein Konzept, das an sich aus der US-PS 41 36 551 bekannt ist.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform von Schwimmer 19 aus Fig. 3 in der Form eines Skalenteils 21 und eine Ausführungsform von Schwimmer 20 aus Fig. 3 in der Form eines Zeigerteils 22. Beide Teile sind auf einer gemeinsamen Achse drehbar gelagert. Das Skalenteil 21 trägt eine Skala mit Winkelinkre menten, die den relativen Stellungen der beiden Teile bei den gegebenen Dichten entsprechen, und diese sind offensichtlich die Summen der Winkelinkremente der einzelnen Teile, wie in Fig. 13 gezeigt. Aus Fig. 4 ist zu ersehen, daß die Linearität der resultierenden Skala sehr gut ist (auch sehr viel besser als die Linearität der 80°-Skalenhälften von Fig. 3) und weiter, daß der Skalenumfang sich über 210°C erstreckt (und somit die Summen der 80°-Skalenhälften um 30% übertrifft). Die Kombination von derart beschaffenen Schwimmern ist daher einer einfachen "additiven" Zusammenstellung zweier Schwimmer deutlich überlegen, sowohl in bezug auf Skalenlinearität als auch auf Skalenumfang.

Bei genauer Betrachtung zeigt es sich, daß die Skalenteilung von Fig. 14 um die Skalenmitte symmetrisch ist, und daß dies aus der Spiegelsymmetrie der Skalen 19 und 20 von Fig. 3 folgt. Offensichtlich sind die Skalenwinkel von Fig. 3 nicht vorgeschrieben (indem man dem gegebenen Dichtebereich einen anderen Winkelbereich zuordnet, ergeben sich andere Winkelinkremente nach Gleichung (3)), noch ist es eine Symmetriebeziehung zwischen den Skalen 19 und 20 erforderlich. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Winkelbereich eines jeden Schwimmers so gewählt werden kann, daß die resultierende Skalenteilung im Ganzen oder an einer beliebigen Stelle, symmetrisch oder asymmetrisch, vergrößert oder verkleinert wird.

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform des Skalenteils 21 von Fig. 4 in Einzelheiten. Wäre dieses Teil eine kreisförmige Platte gleichmäßiger Dicke, so wäre es um den Mittelpunkt hydrostatisch neutral. Besteht das Teil aus einem Auftriebsmaterial, so kann man ein hydrostatisch wirksames Auftriebsvolumen (V_a) dadurch schaffen, daß man die Platte verdickt, z. B. innerhalb der Fläche 24.

Der Winkel α bezieht sich dann auf die radiale Verbindung des Drehpunkts mit dem Auftriebsschwerpunkt des zusätzlichen Volumens. Anstelle der Verdickung innerhalb der Fläche 24 kann man die Plattendicke vermindern - oder die Platte ganz ausschneiden - innerhalb der Fläche 25, welche der Fläche 24 diametral gegenüberliegt. Ein hydrostatisch wirkames Auftriebsvolumen kann man auch dadurch schaffen; daß man einen Sektor der Platte wegläßt, oder daß bei einer gleichmäßig dicken Platte die Achse 23 außermittig angeordnet wird. In diesem Beispiel wird die Beschwerung 26 an dem Auftriebskörper befestigt, wie es in der bisherigen Praxis üblich ist.

Fig. 6 zeigt die Ausführungsform des Zeigerteils 22 von Fig. 4 in Einzelheiten. Ein Zeigerteil kann nach den bereits für das Skalenteil beschriebenen Prinzipien ausgeführt werden (z. B. indem man ein kleineres kreisförmiges Teil verwendet, so daß die Skala nicht bedeckt wird). Jedoch ist jedes Volumen, das nicht um den Drehpunkt symmetrisch ist, hydrostatisch wirksam, so daß in diesem Beispiel der Auftriebskörper als Kreissektor mit einem Zeiger 27 ausgeführt ist. Hierbei kann der Zeiger 27 relativ zum Winkel α versetzt angeordnet werden (z. B. um das Ablesen der Skala zu erleichtern), wenn gleichzeitig die Skala um den gleichen Betrag relativ zum Winkel α des Skalenteils 21 versetzt angeordnet wird. In diesem Beispiel ist der Drehpunkt 28 ringförmig und um die Achse 23 des Skalenteils 21 drehbar, so daß beide Teile einen gemeinsamen Drehpunkt haben. Die Beschwerung 29 ist hier ebenfalls an dem Auftriebskörper befestigt, wie in der bisherigen Praxis üblich.

In Fig. 4, 5 und 6 sind die beiden Schwimmer so konstruiert, daß das Zeigerteil vor dem Skalenteil angeordnet ist. Diese Anordnung kann umgekehrt werden, solange der Zeiger sichtbar bleibt, damit seine Stellung an der Skala abgelesen werden kann. Hier ist das Skalenteil 21 der Winkelskala 19 von Fig. 3 zugeordnet und das Zeigerteil 13 der Winkelskala 20 von Fig. 3, jedoch ist diese Zuordnung willkürlich. Durch Umkehrung der Zuordnung ändern sich weder die beschriebenen Prinzipien noch die resultierende Skala.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß in Übereinstimmung mit Gleichung (3) jeder Schwimmer einen Winkel α gegenüber der Horizontale unabhängig einnimmt, so daß die relative Stellung der eingetauchten Schwimmer nur von der Dichte der Flüssigkeit abhängt. Hierin ist insofern ein weiterer Vorteil zu sehen, als die Ablesung keinerlei "künstlichen Horizont" erfordert, wie in den meisten bisherigen Geräten üblich (ein Beispiel ist in der US-PS 40 37 481 des Anmelders beschrieben).

Da Dichtemessungen häufig bei unterschiedlichen Temperaturen gemacht werden müssen, ist der "Temperaturfehler" von Geräten dieser Art wichtig. Der Winkelbetrag der Temperaturfehler eines Schwimmers herkömmlicher Konstruktion ergibt sich aus dem Unterschied der Winkel α, die aus Gleichung (3) und Gleichung (4) errechnet werden. In der bisherigen Praxis wurden Beschwerungen aus Metall verwendet. Wegen ihres kleinen Volumens (hoher Dichte) und kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist ihr Einfluß auf den Temperaturfehler vernachlässigbar. In solchen Fällen beruht der Temperaturfehler fast gänzlich auf dem Unterschied zwischen der Wärmeausdehnung des Auftriebskörpers und der der Flüssigkeit. Typische Flüssigkeiten (z. B. wäßrige Lösungen) haben bei verschiedenen Dichten verschiedene Ausdehungskoeffizienten (daß diese Koeffizienten auch mit der Temperatur veränderlich sind, wird später behandelt), so daß eine vollständige Temperaturkompensation nur bei einer einzigen Dichte erzielbar wäre. Dies wäre dann der Fall, wenn die Ausdehnung des Auftriebskörpers mit der der Flüssigkeit identisch wäre. Andere Dichten derselben Flüssigkeit, mit anderen Wärme ausdehnungskoeffizienten, wären mit einem Temperaturfehler behaftet, sofern die Messung bei einer anderen als der Bezugs temperatur, für die das Gerät konstruiert wurde, gemacht würde. (Aus diesem Grunde ist in der US-PS 39 08 467 eine Mehrzahl von Schwimmern und zugeordneten Skalen vorgeschlagen, und so der Meßbereich des Gerätes aufgeteilt, um den Dichtebereich eines jeden Meßwerks zu verkleinern.) Unter diesen Umständen besteht die Temperaturkompensation einfach darin, daß man ein Auftriebsmaterial wählt, dessen Wärmeausdehnung einer durchschnittlichen Wärmeausdehnung der zu messenden Flüssigkeitsdichten entspricht.

Um die Wärmeausdehnungseffekte in dieser Art Geräte anschaulicher darzustellen, kann man vereinfachend annehmen, daß die Wärmeausdehnung der Materialien eine lineare Funktion der Temperatur änderung ist. Demnach werden die Ausdehnungskurven einer typischen Flüssigkeit zu Geraden - wie in Fig. 7 dargestellt - wo die Flüssigkeitsdichte sich von 1020 bis 1080 kg/m³ erstreckt und wo - wie es meist der Fall ist - der Wärmeausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit mit zunehmender Dichte ebenfalls zunimmt. Die Kurve 30 zeigt dann die Ausdehnung eines Auftriebskörpers, dessen Ausdehnung der durchschnittlichen Ausdehnung der Flüssigkeit am besten entspricht, und daher den geringsten Temperaturfehler hat.

Unter den Voraussetzungen von Fig. 7 zeigt Fig. 8 die Tem peraturfehler eines typischen Schwimmers mit einem Skalenwinkel von 80°C für den gegebenen Dichtebereich. Die Skala gilt für die in Fig. 7 gezeigte Bezugstemperatur, und der Temperaturbereich erstreckt sich von 0°C bis +70°C. Für ausgewählte Flüssigkeitsdichten wird der Temperaturfehler bei 0°C als unterbrochene Linie und der bei -70°C als punktierte Linie gezeigt. Bei der Flüssigkeitsdichte 1100 kg/m³ gibt es keinen Temperaturfehler, denn hier ist die Ausdehnung des Auftriebsmaterials mit der der Flüssigkeit identisch. Die Temperaturfehler sind bei den Dichte-Extrema am größten, und daß das Vorzeichen des Temperaturfehlers von einem Extrem zum anderen sich umkehrt, ist eine Folge der relativen Ausdehnungen gemäß Fig. 7.

Hier sei darauf hingewiesen, daß die durch Wärmeausdehnung verursachten Winkeländerungen zur Beurteilung des Temperaturfehlers insofern ungeeignet sind, als dieser eigentlich auf die angezeigte Dichte bezogen werden sollte. Wo die Skalenteilung groß ist, stellt ein gegebener Winkelfehler einen geringeren Dichtefehler dar als dort, wo die Skalen einteilung kleiner ist. Somit entnimmt man der Fig. 8, daß (obwohl die Winkelfehler bei den Dichte-Extrema nicht groß sind) der Anzeigefehler etwa ± 5 kg/m³ beträgt, und daß dies der größte Temperaturfehler für den gegebenen Temperaturbereich ist.

Diese Betrachtungsweise kann man auf die Erfindung anwenden, indem man weiterhin die Flüssigkeit gemäß Fig. 7 annimmt, und die in Fig. 3 gezeigten Schwimmwinkel bei der Bezugstemperatur voraussetzt. Hier überwiegt der Schwimmer 19 in dem Dichtebereich von 1020 bis 1100 kg/m³, so daß - analog dem vorigen Beispiel - ein Auftriebsmaterial zu wählen wäre, dessen Wärmeausdehnung der der Flüssigkeit bei der Dichte 1060 etwa gleich wäre. Für die Schwimmer 20 wählt man entsprechend ein Auftriebsmaterial mit einer Wärmeausdehnung etwa gleich der Flüssigkeit bei der Dichte 1140. Diese Annahme zeigt Fig. 9, wo die Wärmeausdehnungen der Auftriebskörper 19 und 20 durch die Kurven 31 und 32 dargestellt sind.

Fig. 10a zeigt die Temperaturfehler der jeweiligen Schwimmer, während Fig. 10b die resultierenden Temperaturfehler in bezug zu der Dichteskala zeigt. Letztere sind die Summe der durch Temperatureffekte verursachten Winkeländerungen. Hier wiederum ist der Fehler bei 0°C als unterbrochene Linie und der bei +70°C als punktierte Linie dargestellt. Auch hier sind die Winkelfehler bei den Dichte-Extrema am größten, jedoch ist der Anzeigefehler nirgends größer als ±3 kg/m³.

Die Temperaturfehler der einzelnen Schwimmer summieren sich nach einer einfachen "Vorzeichenregel", die aus Fig. 17 leicht erkennbar ist: Liegt die Ausdehnung der Flüssigkeit zwischen den Ausdehnungen der beiden Schwimmer, so haben die Winkelfehler der Schwimmer entgegengesetzte Vorzeichen, und ihre Summe ist kleiner als der größte Einzelfehler; ist die Ausdehnung der Flüssigkeit jedoch größer (kleiner) als die größte (kleinste) Ausdehnung der Schwimmer, so haben die Winkelfehler der einzelnen Schwimmer gleiches Vorzeichen, und ihre Summe ist größer als der größte Einzelfehler. In dem ersten Fall bewirkt das Zusammenwirken der Schwimmer eine absolute Verkleinerung der durch Wärmeausdehnung verursachten Meßfehler; in dem zweiten Fall wird das Gegenteil bewirkt.

Im Hinblick auf die vorgenannte Vorzeichenregel ist es aufschlußreich, einen Extremfall zu betrachten. Fig. 11 zeigt ein Beispiel, wo die Kurve 33 die Wärmeausdehnung des Schwimmers 19 darstellt und die Kurve 34 die Wärmeausdehnung des Schwimmers 20. Die Ausdehnungen der Auftriebsmaterialien entsprechen an keiner Stelle der Ausdehnung der Flüssigkeit, und Fig. 12a (analog zu Fig. 10a) zeigt, daß die Winkelfehler der einzelnen Schwimmer relativ groß sind.

Fig. 12b zeigt jedoch, daß die Summen der Einzelfehler (der Vorzeichenregel folgend) sehr viel kleiner als die Einzelfehler selbst sind, so daß der Anzeigefehler nirgends größer als ±2,5 kg/m³ ist. Darüber hinaus zeigt Fig. 12b eine fast vollständige Temperaturkompensation nicht nur bei der mittleren Dichte, sondern jetzt auch bei den Dichte-Extrema, wo die fast gleichgroßen Einzelfehler entgegengesetzte Vorzeichen haben. Die beiden Beispiele zeigen, daß die Verwendung von Auftriebsmaterialien mit sehr unterschiedlicher Wärmeausdehnung jeweils eine bessere Temperaturkompensation bewirkt als die Verwendung eines "idealen" Materials in einem herkömmlichen Gerät.

Nimmt man für die Erfindung "ideale" Materialien an (analog der Annahme für Fig. 7 und Fig. 8), so wären die Wärmeausdehnungen der Schwimmer 19 und 20 etwa wie die Kurven 35 und 36 von Fig. 13 zeigen. Fig. 14a (analog Fig.10b und Fig. 12b) zeigt die resultierenden Temperaturfehler, die im ganzen Meßbereich nirgends größer als ±1 kg/m³ sind. Da die verbleibenden Winkelfehler so klein sind, werden sie in Ta belle I aufgeführt, wo Δα die Winkelfehler des einzelnen Schwimmers, ΣΔα die Summe der Winkelfehler bei dem jeweiligen Temperaturextrem und ΣΣδα die Summen für den ganzen Temperaturbereich bezeichnen. Aus Tabelle I ersieht man, wie die entgegengesetzten Vorzeichen der Einzelfehler (Δα) eine absolute Verkleinerung des Anzeigefehlers (ΣΔα) bei allen Dichten und Temperaturen bewirken.

Tabelle 1

Bringt man die Summe der Anzeigefehler für jedes Temperaturextremum in Beziehung zu den Winkelinkrementen an der jeweiligen Stelle der Dichteskala, so kann man den maximalen Temperaturfehler in Prozent der angezeigten Dichte angeben. Fig.14b zeigt diese Angaben für den gesamten Dichtebereich, wobei der Temperaturfehler bei 0°C als unterbrochene Linie und der bei +70°C als punktierte Linie dargestellt ist. Aus Fig. 14b erkennt man, daß die "S"-förmigen Fehlerkurven, die eine Eigenschaft der Erfindung sind, die Temperaturkompensation erheblich begünstigen.

Es wurde gesagt, daß die linearisierten Ausdehnungskurven eine vereinfachte Darstellung der wirklichen Materialeigenschaften sind. Jedoch ist es offensichtlich, daß die praktische Gültigkeit der aus den vorangegangenen Beispielen gezogenen Schlüsse nicht von der Linearität der Wärmeausdehnung abhängt, sondern vielmehr von der Übereinstimmung zwischen Kurven der wirklichen Flüssigkeiten und Kurven der wirklichen Schwimmer-Materialien. In der Praxis zeigt es sich, daß die Wärmeausdehnungskurven z. B. einer Vielzahl von Kunststoffen (deren Dichte sie zur Verwendung als Auftriebsmaterial geeignet macht) sehr ähnlich den Ausdehnungskurven einer Vielzahl von wäßrigen Lösungen sind. In beiden Fällen sind die Kurven nicht linear, da sie eine Zunahme der Wärmeausdehnungskoeffizienten mit zunehmender Temperatur zeigen. Somit kann der Konstrukteur leicht ein Material wählen, das für eine gegebene Flüssigkeit eine hinreichende Temperaturkompensation innerhalb eines bestimmten Dichte- und Temperaturbereichs gewährleistet. Es wurde gesagt, daß bisher die Temperaturkompensation in erster Linie durch Wahl eines geeigneten Auftriebsmaterials erzielt wurde; im Falle der Erfindung sind die Anforderungen an die Materialeigenschaften keineswegs strenger als es bei den herkömmlichen Geräten der Fall ist. Im Gegenteil, die vorangegangenen Beispiele mit drei verschiedenen Material-Kombinationen (d. h. sechs verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten) ergaben in jedem Fall eine bessere Temperaturkompensation als die Verwendung eines idealen Materials in einem herkömmlichen Gerät.

Damit die Vorteile der Erfindung weiter ausgeschöpft werden, bezweckt die Erfindung ferner die Beeinflussung des Temperaturverhaltens der Schwimmer mit neuen konstruktiven Mitteln. In der bisherigen Praxis wurden ja metallische Beschwerungen, deren Einfluß auf das Temperaturverhalten sehr gering ist, verwendet. Im Gegensatz hierzu werden Beschwerungen mit relativ großem Volumen und größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet. Das Temperaturverhalten der Schwimmer wird durch solche Beschwerungen erheblich beeinflußt und wird nicht länger fast ausschließlich durch die Wärmeausdehnung des Auftriebsmaterials bestimmt. Offensichtlich müssen solche Beschwerungen ebenfalls der Ungleichung ρ_b < ρ für alle Werte von ρ genügen.

Inwieweit eine Beschwerung die Wärmeausdehnung des Schwimmers als Ganzes beeinflussen kann, läßt sich durch Auswertung des ersten Ausdrucks von Gleichung (4) beurteilen. Setzt man Radius A = Radius B, so wird der Ausdruck V_b/V_a und beschreibt das Volumenverhältnis von Beschwerung und Auftriebskörper. In herkömmlichen Geräten mit metallischen Beschwerungen liegt diese Größe - je nach den gegebenen Dichten und entsprechenden Schwimmwinkeln - etwa zwischen 0,015 und 0,04; d. h. das Volumen des Auftriebskörpers ist 25 bis 70mal größer als das der Beschwerung.

Sind die Volumina weniger ungleich, so kann der Konstrukteur die Wärmeausdehung des Schwimmers insgesamt durch die Wärmeausdehnung der Beschwerung beeinflussen. Dies wird dadurch erreicht, daß Beschwerungen relativ niedriger Dichte verwendet werden, und zwar so, daß die Dichte der Beschwerung weniger als das Vierfache der Dichte des Auftriebskörpers beträgt, d. h.:

Wenn z. B. die Dichte der Beschwerung etwa das Anderthalbfache der Dichte des Auftriebskörpers beträgt, so würde das Verhältnis V_b/V_a Werte von etwa 0,3 bis 3 annehmen. Somit könnte das Volumen der Beschwerung - je nach Dichte- und Winkelbereich des Schwimmers - ein Drittel so groß oder dreimal so groß wie das Volumen des Auftriebskörpers sein. Hat also der Konstrukteur geeignete Materialien ausgewählt, so kann er darüber hinaus das Volumenverhältnis der Materialien - und somit die Wärmeausdehnung des Schwimmers - dadurch bestimmen, daß er den Dichte- und Winkelbereich entsprechend bestimmt. Somit bietet die Verwendung von Beschwerungen niedriger Dichte den Vorteil eines zusätzlichen "Freiheitsgrades" der Konstruktion, denn die Temperaturkompensation ist nicht länger durch die Materialwahl allein gegeben.

Als weiteres neues Mittel zur Beeinflussung des Temperaturverhaltens der Schwimmer sind Schwimmerstruktu ren vorgesehen, worin die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Auftriebskörper und Beschwerung nichtproportionale Veränderungen der hydrostatischen Radien A und B bewirken. In herkömmlichen Schwimmern wird ja die Beschwerung an dem Auftriebskörper befestigt, so daß die Ausdehnung des Auftriebsmaterials die Radien A und B proportional verändert und somit das Temperaturverhalten des Schwimmers nicht beeinflußt. Beschwerungen niedriger Dichte (d. h. mit relativ großen Volumina) ermöglichen jedoch Schwimmer-Konstruktionen, wo - unter Beibehaltung der relativen Winkelstellung von Auftriebskörper und Beschwerung - infolge der ungleichen Ausdehungen der beiden Materialien eine nichtproportionale Änderung der Radien A und B stattfindet. In diesem Fall folgt das Verhalten des Schwimmers aus Gleichung (5) statt, wie bisher, aus Gleichung (4).

Diese Mittel werden beispielsweise in den Ausführungsformen nach den Fig. 15a, 15b und 15c gezeigt. Fig. 15a zeigt eine Ausführungsform ähnlich der des Zeigerteils 22 von Fig. 4. Hier ist ein Auftriebskörper 37 an eine Beschwerung niedriger Dichte 38 befestigt. Dies ist eine Umkehrung der bisherigen Praxis, und da die Wärmeausdehnung des Beschwerungsmaterials relativ klein wäre, hätte der Schwimmer einen sehr viel kleineren Ausdehnungskoeffizienten als das Auftriebsmaterial allein. Hier werden die temperaturabhängigen Veränderungen der beiden Radien A und B durch die Wärmeausdehnung der Beschwerung bestimmt, so daß Gleichung (4) für diesen Fall noch gilt.

Fig. 15b zeigt eine ähnliche Verkörperung, wo eine Beschwerung niedriger Dichte 39 und ein Auftriebskörper 40 im Drehpunkt mittels konzentrischer Ringe 41 und 42 aneinander befestigt sind. Bei Temperaturänderungen erlaubt eine "Schwalbenschwanz"- Verbindung 43 eine unterschiedliche radiale Ausdehnung mit Beibehaltung der relativen Winkelstellung der Teile. Haben die beiden Materialien unterschiedliche Wärmeausdehungs koeffizienten, so bewirkt die Temperaturänderung eine nichtproportionale Änderung der Radien A und B, womit für diesen Fall Gleichung (5) gilt. Da beide Teile im Drehpunkt befestigt sind, sind beide "Befestigungsradien" R_a und R_b, gleich Null, und der erste Ausdruck von Gleichung (5) wird:

Fig. 15c zeigt eine ähnliche Ausführungsform, wobei die Befestigung 46 der Beschwerung niedriger Dichte 44 mit dem Auftriebskörper 45 sich am Rande des Schwimmers befindet, während die relative Winkelstellung der Teile durch den Schwalbenschwanz 47 gewährleistet ist. Hier ist der Auftriebskörper, wie zuvor, am Drehpunkt befestigt, so daß der Befestigungsradius R_a gleich Null ist. Die Beschwerung ist jedoch bei 46 befestigt, so daß der Befestigungsradius R_b den Wert B+X annimmt. Werden diese Werte in Gleichung (5) eingesetzt, so wird der erste Ausdruck:

Wären die Materialien und die Volumina der Ausführungsformen nach den Fig. 15b und 15c identisch, so wäre das Temperaturverhalten der beiden Schwimmer, infolge der Modifikation der Befestigungsradien, dennoch verschieden.

Offensichtlich kann man diese Mittel bei dem einen oder bei beiden Schwimmern anwenden, und ihre Auswirkung auf die Temperatur kompensation wird von den gewählten Dichte- und Winkelbereichen der Schwimmer abhängen. Da es eine Vielzahl geeigneter Materialien gibt und da diese bekanntlich durch entsprechende Füllmittel weiter modifiziert werden können, lassen sich die Vorteile der Erfindung ohne Einschränkung in die Praxis umsetzen.

Um diese Vorteile in einer Anwendung zu verifizieren, kann man als Beispiel einen Präzisionsdichtemesser für wäßrige Lösungen der Schwefelsäure untersuchen. Ein wesentlicher Dichtebereich ist der von 1100 bis 1300 kg/m³, und ein üblicher Temperaturbereich wäre von +10°C bis +45°C. In diesem Beispiel sollen der Auftriebskörper von Schwimmer 19 aus unmodifiziertem Hochdruckpolyäthylen, der Auftriebskörper von Schwimmer 20 aus unmodifiziertem Niederdruckpolyäthylen und die Beschwerungen beider Schwimmer aus unmodifiziertem Polyfluorkohlenstoff bestehen. Die Befestigungsradien der beiden Teile beider Schwimmer sind Null und der Skalenumfang soll, wie bisher, 210°C betragen. Fig. 16 zeigt den Temperaturfehler in Prozent der angezeigten Dichte für die Meßtemperaturen +10°C (unterbrochene Linie), +25°C (durchgehende Linie) und +45°C (punktierte Linie). Fig. 16 bestätigt die aus den vereinfachten Annahmen gezogenen Schlüsse und zeigt, daß die Anwendung der Erfindung die Korrektur von Temperaturfehlern in einem Maße ermöglicht, das bei herkömmlichen Geräten ausgeschlossen ist.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß - obwohl man ein solches Gerät benutzen kann, indem man es einfach in eine Flüssigkeit eintaucht - in den meisten Fällen die Schwimmer in einem wenigstens teilweise durchsichtigen Gehäuse eingebaut werden. Das Gehäuse wird - meist mittels eines Ansaugebalgs - so gefüllt, daß die Schwimmer in die Flüssigkeitsprobe eintauchen. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die mit solchen Geräten gemachten Dichtemessungen häufig erheblich verfälscht werden. Das liegt daran, daß scheinbar unvermeidliche Luftblasen in der Flüssigkeitsprobe den Schwimmern anhaften und aufgrund ihres zusätzlichen Auftriebs den Schwimmwinkel wesentlich verändern. Die Ansaugöffnung eines solchen Gehäuses muß klein sein, denn die Oberflächenspannung innerhalb dieser Öffnung muß dem Auslaufen des gefüllten Gehäuses entgegenwirken. Des weiteren wird ein Ansaugbalg, dessen Elastizi tät ein hinreichend schnelles Füllen des Gehäuses ermöglicht, besonders am Anfang des Füllvorgangs (wenn der Balg weitestgehend zusammengedrückt ist) einen steilen Druckgradienten an der Saugstelle erzeugen. Ebenfalls zu diesem Zeitpunkt ist das Gewicht der durch den Druckgradienten gehobenen Flüssigkeitssäule am geringsten, so daß der Balg sich rasch ausdehnen kann. Eine besonders hohe Einströmgeschwindigkeit ist das Ergebnis, und Strömungsgeschwindigkeiten um 3 m/s sind nicht ungewöhnlich. Deswegen ist es üblich, Prallflächen verschiedenster Gestalt innerhalb des Gehäuses anzubringen, damit das Meßwerk nicht unmittelbar von diesem Flüssigkeitsstrahl getroffen wird. Bei solchen Geschwindigkeiten ist es jedoch unvermeidlich, daß der Flüssigkeitsstrahl beim Aufprall zerstäubt, so daß die Flüssigkeitsprobe Luftblasen in großer Zahl enthält. Aus diesem Grunde wurde bisher der Benutzer angewiesen, erst die Luftblasen vom Meßwerk abzuklopfen und danach die Anzeige abzulesen. Dies war deswegen unumgänglich, weil eine wesentliche Verminderung der Einströmgeschwindigkeit (die z. B. durch Verminderung der Elastizität des Ansaugbalgs bewirkt werden könnte) die Füllzeit unmäßig verlängern würde. Der Benutzer eines solchen Geräts würde dann die Ansaugöffnung aus der zu untersuchenden Flüssigkeit herausnehmen, bevor der Balg sich vollständig ausgedehnt hätte. Die weitere Ausdehnung des Balges würde dann am Ende des Vorgangs Luft ansaugen, obwohl am Anfang Luftblasen vielleicht vermieden worden wären.

Die Verfälschung der Anzeige durch Luftblasen ist bei Geräten dieser Art ein schwerwiegender Mangel, und so ist es ein weiterer Zweck einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die Bildung von Luftblasen in der Flüssigkeitsprobe unter allen normalen Bedingungen zu verhindern. Hierzu werden die oben beschriebenen Schwimmer in ein bekanntes Gehäuse eingebaut, das mittels einer bekannten Ansaugvorrichtung so gefüllt wird, daß die Schwimmer ganz in die Flüssigkeitsprobe eintauchen. Die kleine äußere Ansaugöffnung des Gehäuses wird mittels eines sich allmählich erweiternden Ansaugkanals mit der Meßkammer verbunden, so daß der Kanalquerschnitt an der Eintrittsstelle zur Meßkammer wesentlich größer als an der Öffnung ist. Da die Durchflußmenge an der Eintrittsstelle zur Meßkammer zeitlich gleich der Durchflußmenge an der Ansaugöffnung ist, muß an diesen Stellen die Strömungsgeschwindigkeit dem Kanalquerschnitt umgekehrt proportional sein.

Die mögliche Verzögerung innerhalb eines solchen Ansaugkanals wird dadurch begrenzt, daß ein zu steiler Druckgradient entlang des Kanals zum Abreißen der Strömung und wiederum zur Bildung von Luftblasen führen würde. Die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit an der Ansaugöffnung ist natürlich von der Querschnittsgröße und von den momentanen Druckgradienten abhängig, doch typische Bedingungen ergeben REYNOLDsche Zahlen nicht größer als 1 · 10⁴. Unter diesen Umständen sollte - je nach Größe der Öffnungen und Anordnung des Meßwerks - der Kanalquerschnitt an der größten Stelle viermal so groß wie an der Ansaugöffnung sein, und ein konischer Ansaugkanal sollte einen Erweiterungswinkel nicht größer als 5° haben.

Doch muß der Querschnitt des Ansaugkanals nicht kreisförmig sein, und unter Umständen wäre ein Querschnitt mit rechteckiger oder anderer Form bautechnisch vorteilhaft. In solchen Fällen kann die Erweiterung des Kanals auf dessen Umfang C und entsprechende Querschnittsfläche A bezogen werden. (Dies erfolgt analog dem "hydraulischen Radius", ein Ähnlichkeitskriterium für die Flüssigkeitsströmung in geraden Rohren.) Ist dA ein Inkrement der Querschnittsfläche, entsprechend dl ein Inkrement der Länge in Strömungsrichtung, so sind Ansaugkanal-Erweiterungen im Sinne der Erfindung dann gleich, wenn die Werte des Ausdrucks · gleich sind. Da die in Frage kommenden Erweiterungswinkel klein sind, so wird dieser Ausdruck für einen konischen Ansaugkanal zu , wobei r den Querschnittsradius bedeutet. Somit gilt für einen konischen Ansaugkanal nach der Erfindung:

und für einen Ansaugkanal beliebiger Querschnittsform:

Sollen die Vorteile eines sich erweiternden Ansaugkanals unter allen praktischen Bedingungen erhalten bleiben, so ist zu berücksichtigen, daß solche Geräte mit Ansaugverlängerungen für verschiedene Verwendungszwecke bestückt werden. Hierzu wird ein biegsamer Schlauch passender Länge über die Ansaugöffnung gesteckt. Da ein kleiner Schlauchdurchmesser die Strömung verzögert und somit die Füllzeit merklich verlängert, ist die Querschnittsfläche solcher Schläuche meist wesentlich größer als die der Ansaugöffnung des Geräts. Deshalb (und wegen der unkontrollierten Bewegung des biegsamen Schlauchs) läuft der Schlauch meist leer, sobald sein offenes Ende aus dem Flüssigkeitsspiegel austaucht. Hierdurch wird nur wenig Flüssigkeit verloren, doch ist wegen der Länge des Schlauchs die Änderung der Flüssigkeitssäule im Vergleich zur Gesamthöhe des Geräts relativ groß. Somit wird das am Ende des Ansaugvorganges bestehende hydrostatische Gleichgewicht gestört; der Ansaugbalg kann sich weiter ausdehnen und dadurch Luft ansaugen, obwohl aus dem Gehäuse selbst keine Flüssigkeit ausgelaufen ist.

Im Falle eines sehr flexiblen Ansaugbalgs genügt eine geringe Störung des Druckgleichgewichts, um die weitere Ausdehnung des Balges auszulösen. Dadurch wird die Flüssigkeitssäule innerhalb des Schlauchs verkürzt und ein Vorgang beschleunigt, wobei zuerst Flüssigkeit, dann Luft aus dem Schlauch angesaugt wird. Der Vorgang kann sogar einen oszillatorischen Charakter annehmen, wobei das Ansaugen von Luft sich mit dem Ausfließen von Flüssigkeit wiederholt abwechselt.

Zum genauen Messen ist es unbedingt erforderlich, daß Luftblasen und Turbulenzen innerhalb der Meßkammer vermieden werden. Aus diesem Grund ist weiter vorgesehen, daß der Ansaugkanal in Form eines umgekehrten "U" angeordnet ist, wobei die höchste Stelle des Kanals wesentlich höher als die Eintrittsstelle des Kanals in die Meßkammer liegt. Hierdurch wird Luft, die nach Beendigung des Ansaug vorgangs die Ansaugöffnung passiert, an der höchsten Stelle des Kanals verbleiben. Somit wird erneut ein hydrostatisch stabiler Zustand geschaffen, so daß keine Luft in die Meßkammer eintritt und keine Flüssigkeit daraus ausfließt.

Im Gehäuse wird der für den Ansaugkanal zur Verfügung stehende Raum meist beschränkt sein. Deshalb wird der Ansaugkanal vorzugsweise so gestaltet, daß im aufsteigenden Teil (zwischen Ansaugöffnung und dem höchsten Punkt) die Erweiterung des Kanals relativ höher ist als im absteigenden Teil (zwischen dem höchsten Punkt und dem Eintritt des Kanals in die Meßkammer). Somit ist die durch die Erweiterung induzierte negative Beschleunigung der einströmenden Flüssigkeit dort, wo sie durch eine gleichgerichtete Schwerebeschleunigung unterstützt wird, am größten, und wo die Schwerebeschleunigung der Flüssigkeitsverzögerung entgegenwirkt, relativ kleiner. Hierdurch wird die Gefahr des Abreißens der Strömung herabgesetzt, und für eine gegebene Länge des Kanals eine maximale Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht.

Fig. 17 zeigt beispielsweise einen Dichtemesser nach der Erfindung. Das durchsichtige Gehäuse 48 enthält die um eine gemeinsame Achse drehbar gelagerten Schwimmer 49 und 50. Das zusammendrückbare Volumen des Ansaugbalgs 51 ist so bemessen, daß das Gehäuse 48 mit einer Flüssigkeitsprobe so weit gefüllt wird, daß die Schwimmer 49 und 50 ganz in die Flüssigkeit eintauchen. Die Flüssigkeitsprobe wird an der Ansaugöffnung 52 durch den sich erweiternden Ansaugkanal 53 angesaugt und tritt an der Stelle 54 mit verminderter Strömungs geschwindigkeit in die Meßkammer des Gehäuses 48 ein. Der Ansaugkanal 53 verläuft etwa in der Form eines umgekehrten "U", dessen höchster Punkt wesentlich höher als die Eintrittsstelle 54 liegt. Ein Schlauch 55 kann auf die Ansaugöffnung 52 aufgesteckt werden.

Claims

1. Dichte-Meßvorrichtung zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit innerhalb eines vorbestimmten Dichtebereichs, mit einem Gehäuse für die Flüssigkeitsprobe, einem um eine horizontale Achse im Gehäuse drehbar gelagerten ersten Schwimmer und einem um die Achse drehbar gelagerten zweiten Schwimmer, wobei beide Schwimmer aus wenigstens einem Auftriebskörper, dessen Auftriebsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist und dessen Dichte kleiner als die der zu messenden Flüssigkeit ist, und wenigstens einem Be schwerungskörper, dessen Gewichtsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist und dessen Dichte größer als die der zu messenden Flüssigkeit ist, bestehen, wobei jeder Schwimmer so geformt ist, daß die radiale Verbindungslinie zwischen Auftriebsschwerpunkt und Achse gegenüber der radialen Verbindungslinie zwischen Gewichtsschwerpunkt und Achse versetzt ist und höher liegt, und wobei eine Änderung der Flüssigkeitsdichte eine gegensinnige Rotation der Schwimmer bewirkt, so daß, aufgrund des unterschiedlichen Auftriebs in Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, die relativen Winkelstellungen der Schwimmer der Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schwimmer (19; 21) für den Auftriebskörper (24) und den Beschwerungskörper (26) die Dichten (ρ_a und ρ_b), die Volumina (V_a und V_b) und die Abstände (A und B) von der Achse des Auftriebsschwerpunktes bzw. des Gewichtsschwerpunktes sowie der Winkel (β) zwischen den beiden radialen Verbindungslinien so gewählt sind, daß gleichgroße Änderungen der Dichte (ρ) innerhalb des vorbestimmten Dichtebereichs in einem oberen Teil des Dichtebereichs kleine Änderungen der Winkelstellung (α) bewirken, dagegen in einem unteren Teil des Dichtebereichs im Vergleich dazu relativ große Änderungen der Winkelstellung (α) des ersten Schwimmers bewirken, und daß im zweiten Schwimmer (20; 22) für den Auftriebskörper (27) und den Beschwerungskörper (29) die Dichten (ρ_a und ρ_b), die Volumina (V_a und V_b) und die Abstände (A und B) des Auftriebsschwerpunktes bzw. des Gewichtsschwerpunktes zu der Achse sowie der Winkel (β) zwischen ihren radialen Verbindungslinien so gewählt sind, daß gleichgroße Dichteänderungen innerhalb des vorbestimmten Dichtebereichs in dem unteren Teil des Dichtebereichs kleine Änderungen der Winkelstellung (α) bewirken, dagegen im Vergleich dazu relativ große Winkeländerungen des zweiten Schwimmers in dem oberen Teil des Dichtebereichs bewirken, so daß die relativen Winkeländerungen der beiden Schwimmer in dem unteren Teil des Dichtebereichs vorwiegend durch die Winkeländerungen des ersten Schwimmers (19; 21), und in dem oberen Teil des Dichtebereichs vorwiegend durch die Winkeländerungen des zweiten Schwimmers (20; 22) bestimmt werden.

2. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit, deren Dichte innerhalb des vorbestimmten Dichtebereichs mit der Temperatur veränderlich ist und deren Wärmeausdehnung innerhalb des Dichtebereichs mit der Dichte veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwimmer (19; 21) so beschaffen und bemessen ist, daß seine Wärmeausdehnung der der Flüssigkeit in dem unteren Teil des Dichtebereichs im wesentlichen gleich ist, und der zweite Schwimmer (20; 22) so beschaffen und bemessen ist, daß seine Wärmeausdehnung der der Flüssigkeit in dem oberen Teil des Dichtebereichs im wesentlichen gleich ist, so daß die durch Änderungen der Flüssigkeitstemperatur bedingten Änderungen der Winkelstellungen des ersten Schwimmers (19; 21) im unteren Teil des Dichtebereichs vergleichsweise klein sind, und die durch Temperaturänderungen bedingten Winkeländerungen des zweiten Schwimmers (20; 22) im oberen Teil des Dichtebereichs vergleichsweise klein sind.

3. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer so beschaffen und bemessen sind, daß der Unterschied zwischen der mittleren Wärmeausdehnung (30) der Flüssigkeit und der Wärmeausdehnung (31; 33) des ersten Schwimmers (19; 21) und der Unterschied zwischen der mittleren Wärmeausdehnung (30) der Flüssigkeit und der Wärmeausdehnung (32; 34) des zweiten Schwimmers (20; 22) etwa gleich groß, aber entgegenge setzt sind, so daß an einer beliebigen Stelle innerhalb des vorbestimmten Dichtebereichs die durch Wärmeausdehnung verursachten Winkeländerungen des ersten Schwimmers und die entsprechenden Winkeländerungen des zweiten Schwimmers absolut etwa gleich groß, aber entgegengerichtet sind, wodurch die Änderungen der relativen Winkelstellungen beider Schwimmer kleiner als die Winkeländerungen der einzelnen Schwimmer sind.

4. Dichte-Meßvorrichtungen nach Anspruch 1, zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit, deren Wärmeausdehnung innerhalb des vorbestimmten Dichtebereichs mit der Dichte veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwimmer (19, 20; 21; 22) so beschaffen und bemessen sind, daß die Wärmeausdehnung der Flüssigkeit innerhalb des Dichtebereichs größenmäßig zwischen den Wärmeausdehnungen (33; 34) der beiden Schwimmer liegt.

5. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Schwimmer die Dichte des Beschwerungskörpers (38) weniger als das Vierfache der Dichte des Auftriebskörpers (37) beträgt, so daß aufgrund des Größenverhältnisses zwischen Beschwerungskörper und Auftriebskörper die Wärmeausdehnung des Beschwerungskörpers die Wärmeausdehnung des Schwimmers wesentlich beeinflußt.

6. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwimmer so beschaffen ist, daß der Auftriebskörper (40) und der Beschwerungskörper (39) eine gemeinsame Befestigung (41, 42) konzentrisch zur Achse haben und gegen Veränderung der relativen Winkelstellung der Schwerpunkte, aber nicht gegen radiale Ausdehnung gegenüber der Achse, gesichert sind, so daß der Winkelabstand der Schwerpunkte unverändert bleibt, obwohl die unabhängige Ausdehnung der Körper (40, 39) eine unabhängige radiale Verlagerung des Auf triebsschwerpunkts gegenüber dem Gewichtsschwerpunkt bewirkt, dessen Größe allein durch die jeweilige Wärmeausdehnung des Auftriebskörpers (40) und des Beschwerungskörpers (39) bestimmt ist.

7. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwimmer so beschaffen ist, daß der eine Körper (45) um die Achse drehbar befestigt ist, während der andere Körper (44) an dem einen Körper (45) in einem Abstand von der Achse derart befestigt ist, daß der andere Körper (44) sich unabhängig von dem einen Körper (45) radial ausdehnen kann, so daß der andere Körper (44) mittelbar an der Achse in einer unveränderlichen Winkelstellung zum einen Körper (45) befestigt ist, womit Temperaturänderungen eine radiale Verlagerung des Schwerpunkts des anderen Körpers (44) bewirken, deren Größe durch die Wärmeausdehnung des einen Körpers (45) und zusätzlich durch die Wärmeausdehnung des anderen Körpers (44) relativ zur Befestigung (46) mit dem einen Körper (45) bestimmt ist.

8. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse wenigstens teilweise durchsichtig ist und mit einer Ansaugvorrichtung und einem Ansaugkanal mit äußerer Ansaugöffnung versehen ist, so daß eine angesaugte Flüssigkeitsprobe das Gehäuse so weit füllt, daß die Schwimmer ganz in die Flüssigkeit eintauchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ansaugkanals (53) sich von einem Kleinstwert an der Stelle der äußeren Ansaugöffnung (52) in der Einströmrichtung allmählich um mindestens das Vierfache erweitert derart, daß die Zunahme der Querschnittsfläche je Längeneinheit an keiner Stelle größer als das 0,09-fache des Querschnittsanfangs ist.

9. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (53) in der Form eines umgekehrten "U" verläuft und so angeordnet ist, daß seine höchste Stelle wesentlich höher liegt als die Eintrittsstelle (54) des Ansaugkanals (53) in dem Gehäuse (48).

10. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (53) in dem Teil zwischen der äußeren Ansaugöffnung (52) und der höchsten Stelle sich relativ mehr erweitert, und in dem Teil zwischen der höchsten Stelle und der Eintrittsstelle (54) in dem Gehäuse (48) sich relativ weniger erweitert.

11. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Schwimmer (21) mit einer der Flüssigkeitsdichte entsprechenden Skala versehen ist und der andere Schwimmer (22) mit einem Zeiger (27) derart versehen ist, daß in allen relativen Winkelstellungen der beiden Schwimmer innerhalb des vorbestimmten Dichtebereichs der Zeiger einer der zu messenden Dichte entsprechenden Wert auf der Skala anzeigt.