DE3612645A1 - Vorrichtung zur anzeige und/oder messung von ausserordentlich geringen stroemenden materialmengen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schnellen Anzeige der Strömung (Leckage) außerordentlich geringer strömender Materialmengen (Flüssigkeiten, Gasen bzw. Dämpfen) und zur innerhalb einer kurzen Zeit erfolgenden verhältnismäßig schnellen Messung der strömenden außerordentlich geringen Mengen sowie zur Kontrolle des dichten Abschließens von Verschlußarmaturen, z. B. von an Gasflaschen verwendeten Ventilen.

Im Falle von durch bestimmte Elemente technologischer Einrichtungen hindurchströmenden Flüssigkeiten (tatsächlichen Flüssigkeiten, Gasen bzw. Dämpfen) geringer Menge kann die Lösung der Aufgaben unabhängig davon, ob die Feststellung des Bestehens oder Nichtbestehens der Strömung oder die Messung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Menge des durchströmenden Mediums die Aufgabe ist, praktisch auf die gleichen technischen Vorkehrungen zurückgeführt werden. Die Prüfung des Bestehens oder Nichtbestehens der Strömung (die Kontrolle der Dichtigkeit, Leckprüfung) kann im wesentlichen genauso durch die Messung der Menge des strömenden Mediums gelöst werden; höchstens muß der Begriff der Messung dadurch ergänzt werden, daß die gemessene Menge gegebenenfalls auch Null sein kann. Das Bestehen einer Strömung kann jedoch gegebenenfalls auch durch Messung des Drucks (der Druckänderung) und auch die Druckänderung (auf dem Wege der Messung der Ergänzung aus dem Referenzraum) durch Nachweis der Materialströmung gemessen werden. Diese Aufgaben beruhen demgemäß auf gemeinsamen grundlegenden Operationen.

Gleichzeitig ist auch leicht einzusehen, daß die Messung der Strömungsgeschwindigkeit, die Messung der während der Zeiteinheit durchströmenden Menge sowie die Messung der ausgetretenen gesamten Mengen ebenfalls die gleiche Aufgabe ist, wobei lediglich die Art der Berücksichtigung der Zeit dieser Messungen voneinander unterscheidet. Daraus folgt jedoch auch, daß die Feststellung des Bestehens oder Nichtbestehens der Strömung, d. h. das Ergebnis der Dichtigkeitsprüfung bzw. Leckprüfung von der Dauer der Messung abhängig und der Zeitbedarf einer genauen Messung wesentlich ist.

Beabsichtigt man die Strömung verhältnismäßig geringer Mengen wahrzunehmen bzw. zu messen, so werden von den zur Erfüllung der Aufgabe zur Verfügung stehenden zahlreichen Möglichkeiten meistens Meßgeräte mit Flüssigkeitsanzeige verwendet. Bei dem größten Teil dieser Meßgeräte erfolgt die Messung auf die Weise, daß im Falle einer Strömung die eine Flüssigkeit durch eine sich mit dieser nicht vermischenden anderen Flüssigkeit verdrängt wird und die Beobachtung der Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten die Möglichkeiten der Messung (der Ablesung) bietet bzw. mit Hilfe von durch eine elektrisch leitende Meßflüssigkeit (z. B. Quecksilber) geschlossenen Elektroden auch ein die Strömung anzeigendes - zur Weiterarbeitung geeignetes - elektrisches Signal erhalten werden kann.

Im Interesse der Verminderung der Zahl der veränderlichen Parameter wird der Druck der Anzeigeflüssigkeit meistens durch die Sicherung einer fixen Höhe und so die Stabilisierung des hydrostatischen Druckes der Flüssigkeit gelöst. Ist das zu messende gewünschte Medium ein Gas oder Dampf, so ist der andere Parameter, dessen Änderung unter allen Umständen vermieden werden muß, die während der Zeitdauer der Messung erfolgende Änderung der Temperatur. Die die Wirkung der während der Messung eintretenden Temperaturänderung auf dem Druck sowie auf das Volumen der Gase und Dämpfe beschreibenden Gesetzmäßigkeiten sind zwar bekannt, trotzdem sind im Interesse der Genauigkeit und Einfachheit der Messung zweckdienlich diese Umstände besser zu beseitigen als bei der Messung zu berücksichtigen.

Ist die Menge des wahrzunehmenden bzw. zu messenden Mediums gering, versucht man die Genauigkeit der Messung durch Einengung der bei der Messung wesentlichen Querschnitte zu erreichen (Verwendung von Meßdüsen und Kapillarröhren).

So ermöglicht von den in weitem Kreis bekannten Ausführungen die unter dem Namen "Minimeter" bekannt gewordene Ausführung die Strömung von destilliertem Wasser mit hydrostatisch stabilisiertem Druck und gut kontrollierbarem Pegel als Meßflüssigkeit durch Bewegen mittels der Mikrometerschraube des Stabilisierungsgefäßes und durch Ablesen der Bewegung an der zur Mikrometerschraube gehörenden Skala festzustellen.

Das unter dem Namen "Miniskop" bekanntgewordene Gerät ermöglicht die Ablesung der in eine Kapillare gelangenden Flüssigkeit in die Kapillaren. Die "Schaumfilm-Buretten"-Methode verwendet zur Wahrnahme der Strömung die Lage der aus Seifenlösung gebildeten Blase.

Die unter dem Namen "Eudiometer" bekanntgewordene Ausführung folgert aus den Zeitdifferenzen zwischen den elektrischen Signalen der durch das durch die Meßdüse durchströmende (einen stabilisierten hydrostatischen Druck aufweisende) Quecksilber geschlossenen Elektroden auf die Menge des durchströmenden Mediums.

Ebenfalls die in der Kapillarröhre erfolgende Bewegung der Grenzfläche zwischen der hydrostatisch stabilisierten Druck aufweisenden Meßflüssigkeit und der geprüften Flüssigkeit benutzt die Vorrichtung nach dem ungarischen Patent Reg.-Nr. 1 79 149 zur Messung.

Eine speziell bei Dichtigkeitsprüfungen verschlossene Druckraumausführung sieht die Vorrichtung entsprechend der ungarischen Patentschrift Reg.-Nr. 1 79 263 vor, und mißt in dem Druckraum die Druckänderung.

Die auf die Messung ausgeübte Wirkung der Temperaturänderung berücksichtigt das ungarische Patent Reg.-Nr. 1 79 432 durch die Verwendung eines im zu messenden (zu prüfenden) Raum angeordneten Referenzraumes und löst die Aufgabe durch Differenzdruckmessung.

All diese Ausführungen nutzen bei der Messung die aus der Querschnittseinengung der Kapillare resultierenden Vorteile, lassen jedoch die sich zwischen der Kapillare und den Flüssigkeiten abspielenden und durch die Hydraulikwissenschaft ziemlich detailliert erschlossenen, aber ebenfalls störenden Vorgänge vollkommen außer acht.

Hierbei ist zu erwähnen, daß bei den verschiedenen Varianten der sogenannten "Schragröhrenmanometer" die Meßflüssigkeit in Kapillare im Interesse der Erhöhung der Ablesegenauigkeit nicht senkrecht, sondern schräg nach oben geführt wird. Dadurch erhöht sich die Ablesungslänge, jedoch verändern sich die vorstehend erwähnten Verhältnisse in den Kapillaren in keiner Weise.

Auf diese Weise wirken in all diesen Vorrichtungen die Kräfte, die zwischen die Röhrenwand und den Flüssigkeiten (im Falle der Messung von Gasen oder Dämpfen der Anzeigeflüssigkeit) bestehen, und zwar ohne Rücksicht darauf, ob die Anzeigeflüssigkeit die Röhrenwand benetzt (wie z. B. bei Wasser oder Alkohol) oder nicht (wie z. B. Quecksilber).

Neben diesen (polaren) Kräften wirken die auf der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und dem Durchmesser der Kapillarröhre resultierenden sogenannten Kapillarkräfte, deren Vorzeichen sich je nachdem verändert, ob die Anzeigeflüssigkeit die Röhrenwand benetzt oder nicht, wobei zur Berechnung dieser Kräfte detailliert erarbeitete und bekannte Beziehungen zur Verfügung stehen.

Da diese Kräfte bei keiner zur Zeit bekannten Vorrichtung berücksichtigt werden, beeinträchtigt deren Vernachlässigung die Meßgenauigkeit oder erhöht die zur Messung erforderliche Zeit in beträchtlichem Maße.

Ein ähnliches Problem ergibt sich auch bei verschiedenen Industrie- und Haushaltsgasflaschen.

Von den industriellen Gasen bis zu dem (auch) in Haushalten verwendeten Propan-Butan-Gas gibt es eine Vielzahl von gasförmigen Stoffen (Gasen und Dämpfen), die in Druckbehältern (Gasflaschen, an Fahrzeugen montierten Batterien, Sonderbehältern) in den Verkehr gelangen und die dann durch die sich hiermit beschäftigenden Betriebe (Abfüllbetriebe) gewerbsmäßig wieder gefüllt werden. Diese Gefäße gelangen in gewissen Zeitabschnitten unter eine behördliche Überprüfung, bei der nicht nur die Gefäße (deren Material) sondern auch deren Armaturen (bzw. deren Zustand) sowie das luftdichte Abschließen der Verbindung zwischen dem Gefäß und der Armatur (des Anschlusses) entsprechend kontrolliert werden. Die Sicherheit des Vertriebs der Gase zwischen zwei derartigen Überprüfungen hängt weitgehend davon ab, ob die Arbeitsweise der Verschlußarmatur des Druckgefäßes entsprechend ist, d. h. sich die den luftdichten Abschluß gewährleistende Dichtung in entsprechendem Zustand befindet und hauptsächlich ob nach dem Abschluß der Wiederauffüllung das entsprechend feste Wiederabschließen erfolgt ist. Unabhängig davon, ob das Wiederauffüllen von Hand oder auf einer automatischen Maschinenstraße erfolgt, ist eine Kontrolle des sicheren Abschließens der wiederaufgefüllten Flaschen vor dem Versand unabdingbar.

Diese Kontrolle wird zur Zeit unter Verwendung eines blasenbildenden Stoffes oder automatisch so vorgenommen, daß auf das Gefäß eine mit einer entsprechenden Abdichtung versehene Glocke aufgedrückt und die im Inneren der Glocke eintretende Druckänderung gemessen wird.

Die mit dem blasenbildenden Material erfolgende Kontrolle erfordert eine beträchtliche manuelle Arbeit und außerdem ist das Ergebnis weitgehend von dem subjektiven Urteil bzw. der Aufmerksamkeit der diese Arbeit verrichtenden Personen abhängig und deshalb ziemlich unzuverlässig.

Die Genauigkeit der in der auf das Gefäß gedrückten Glocke erfolgenden Druckmessung ist nur in dem Falle zufriedenstellend, wenn die Messung während einer entsprechend langen Zeitdauer erfolgt. Das Fassungsvermögen der Glocke ist nämlich ziemlich groß (sie muß nämlich z. B. im Falle einer Gasflasche die gesamte Verschlußarmatur samt dem zugehörigen Bedienungsorgan abdecken), so daß im Falle des Austretens geringer Gasmengen der Druck in der Glocke nur in einem sehr geringen Tempo ansteigt.

Wird im Interesse der genauen Messung für die Kontrolle eine beträchtliche Zeitdauer aufgewandt, entwickelt sich der Kontrollpunkt zu einem Engpass des gesamten Füllvorgangs. Bei einer kurzen Meßdauer hingegen werden jedoch auch undichte Verschlüsse als dicht befunden, was jedoch dazu führt, daß während der Lagerung von 1 bis 2 Wochen die Druckgefäße sich infolge des Gasaustrittes entleeren und ihr Inhalt in die umgebende Atmosphäre gelangt. Dies ist bei explosiven Gasen mit einer ernst zu nehmenden Explosionsgefahr verbunden, wogegen bei für Eichungsaufgaben verwendeten Gasen hohen Reinheitsgrades oder Gasgemischen - die außerdem nur in einem verhältnismäßig langsamen Tempo zur Anwendung gelangen - ein wesentlicher Schaden bestehen kann.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, in welcher die innerhalb der Kapillaren auftretenden Kräfte der Flüssigkeiten bzw. der Anzeigeflüssigkeit bei der Messung ausgeglichen werden, ohne daß zu deren Berechnung oder auf irgendeine andere theoretische Art und Weise erfolgende Annäherung ein kompliziertes Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Verwendung gelangen würde, der Ausgleich auch bei sich wechselnden Flüssigkeiten in jedem Falle in einigen Momenten möglich ist und bei welcher die aus der Bewegung der Anzeigeflüssigkeit resultierende Reibung auf ein Mindestmaß vermindert wird und gleichzeitig die Möglichkeit von Serienmessungen unter Verwendung der gleichen Anzeigeflüssigkeit ebenfalls gesichert ist.

Man ist also bestrebt, die Wirkung der Bewegung der Anzeigeflüssigkeit auf das Meßergebnis auf einen Bruchteil des früheren Wertes zu vermindern, ohne die Aufgabenerfüllung zur Verwendung bestimmter Flüssigkeiten zu binden, sowie die Erhöhung der Meßgenauigkeit oder die Gewährleistung der gleichen Meßgenauigkeit innerhalb einer wesentlich kürzeren Meßdauer zu ermöglichen.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die Schaffung einer Vorrichtung, mit deren Hilfe das luftdichte Abschließen der an dem Druckgefäß verwendeten Verschlußarmatur mit entsprechender Sicherheit in einem Tempo kontrolliert werden kann, das im Falle eines automatischen Füllvorganges der Fortbewegungsgeschwindigkeit der Flaschen auf der Abfüllsstraße entspricht, wobei in diesem Falle natürlich auch die Kontrolle vollautomatisch erfolgt und ein negatives Ergebnis der Kontrolle ein Fehlersignal hervorruft, das zur Bestätigung entsprechend Stellglieder z. B. zum Aussortieren, Bezeichnen usw. der Kontrolle hingegen die Wahrnahme des Kontrollergebnisses eine minimale Aufmerksamkeit erfordert, das Fehlersignal auffallend ist, der Anschluß in beiden Fällen gasdicht, einfach und sicher ist und hierbei die Bedienung des Gerätes keine besonderen Fachkenntnisse erfordert.

Die eine Erkenntnis, von der die Erfindung ausgeht, ist die, daß anstelle einer ununterbrochenen Säule der Meßflüssigkeit ein gut umgrenzter Tropfen der Flüssigkeit als "Anzeigetropfen" in die Kapillare geführt werden muß, da dieser Anzeigetropfen nicht wie die Seifenblase der "Schaumfilm-Burette" platzen kann, sondern in jedem Fall bis zur Beendigung der Messung zur Verfügung steht und ausserdem infolge seiner endlichen Länge die effektive Länge des Auftrittes der Kräfte zwischen der Röhre und der Meßflüssigkeit vermindert, während die an den Grenzflächen auftretenden Kräfte an beiden Seiten des Tropfens entgegengesetzte Vorzeichen aufweisend einander neutralisieren.

Die andere Erkenntnis besteht darin, daß in dem Falle, wenn die Meßkapillare im Vergleich zur Waagerechten um einen Winkel α in Richtung der Matrialströmung abfallend angeordnet wird, bei einer Veränderung dieses Winkels eine Lage gefunden werden kann, in der die Sinusalpha- Komponente der auf den Meßtropfen wirkenden Fallbeschleunigung (die in Richtung der Strömung wirkt) eben all die Kräfte neutralisiert, die die Bewegung des Meßtropfens zu hindern bestrebt sind und die so die Meßgenauigkeit in negativem Sinne beeinflussen.

Beide Erkenntnisse führen natürlich nur in dem Falle zur Entwicklung einer industriell gut verwendbaren Vorrichtung, wenn die Herstellung des Meßtropfens, die Ausbalancierung der Kräfte, die Einstellung des Ortes und der Lage der Meßflüssigkeit einfach gelöst werden kann und dadurch eine schnelle und kontinuierliche Durchführung der Messungen gesichert werden kann.

Natürlich muß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch die Möglichkeit gewährleisten, daß im Falle der Verwendung einer elektrisch leitenden Meßflüssigkeit und der Anordnung von Elektroden auch den Meßergebnissen entsprechende elektrische Signale im Interesse der Automatisierung des Meßvorganges bzw. der automatischen Meßdatenverarbeitung erhalten werden können.

Im Sinne der Obengesagten wurden die gestellten Ziele erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in der Kapillare ein aus der in dem mit dem Eintrittstutzen verbundenen Meßkopf befindlichen Meßflüssigkeit gebildeter Meßtropfen vorhanden ist und die Kapillare in einen die zwischen dem Meßtropfen selbst und der Wand der Kapillare entstehenden Kräfte durch die zur Kapillare gerichtete Komponente der auf den Meßtropfen wirkenden Schwerkraft ausgleichenden, in Richtung des Austrittsstutzens abfallenden Neigungswinkel verstellbar ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn die an beiden Enden der Kapillare vorgesehenen beiden Meßköpfe Kugel-, Zylinder- bzw. in einem Kegel endende Zylinderform aufweisen.

Erfindungsgemäß ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn der Eintrittsstutzen mit einer unter einem Winkel von 90° nach unten zeigenden, der Austrittsstutzen unter einem Winkel von 90° nach oben zeigenden Öffnung innerhalb des Meßkopfes versehen ist.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Kapillare an einer auf einer Grundplatte um eine festgelegte Drehachse verdrehbar angebrachten Meßplatte befestigt ist, sowie wenn auf ihrer Grundplatte zwei den Neigungswinkel der Meßplatte bestimmende verstellbare Anschläge angeordnet sind und wenn sie als Drehachse eine mit einer Längsbohrung mit Gewinde und diese durchquerenden Bohrungen versehene Achsschraube auf dieser mit über Innenräume verfügenden Anschlußköpfen versehenen Instrumentenanschluß und Eintrittsstutzen und einen die Längsbohrung abschließenden Verschlußstopfen aufweist.

Für eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es kennzeichnend, daß sie einen an eine stabile Fläche befestigten, die Grundplatte nach vorn und zurück bewegenden Arbeitszylinder, einen an die Grundplatte montierten und die Meßplatte nach oben verschwenkenden Arbeitszylinder, einen an die Grundplatte montierten und die Meßplatte nach unten verschwenkenden Arbeitszylinder, einen an die Grundplatte montierten und mit einem an dem Arm befestigten Feststellmechanismus versehenen Arbeitszylinder, eine sich an den Anschlußstutzen des Druckgefäßes anpassende, mit einer Bohrung versehene, zweckdienlich halbkugelförmige elastische Dichtung und einen an sich bekannten, die Lagenveränderung (Bewegung) der Meßflüssigkeit wahrnehmenden Fühler aufweist.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, zur Kontrolle des gasdichten Schließens der Verschlußarmaturen von Druckgefäßen, insbesondere von Gasflaschen eine solche Meßpistole zu verwenden, die an ihrem Ende eine elastische, mit einer Bohrung versehende Dichtung aufweist, während in ihr unter einem durchsichtigen Schauglas über einer Meßskala eine nach hinten zu abfallende, an beiden Enden mit je einem Meßkopf versehene Kapillarmeßröhre, im ersten Meßkopf Meßflüssigkeit, den Luftraum des ersten Meßkopfes mit der Bohrung der Dichtung und einer im Pistolenkolben befindlichen Bohrung verbindende Röhren und eine den hinteren Meßkopf mit einer an der Hinterseite der Vorrichtung befindlichen Bohrung verbindende Röhre vorgesehen sind.

Es ist schließlich zweckmäßig, wenn die Meßpistole einen die Dichtung mechanisch abstützenden Stützring und eine die Bohrung der Dichtung über eine Rohrabschlußarmatur mit einem an die Atmosphäre angeschlossenen Rohrstutzen verbindende Leitung sowie eine Dosenlibelle aufweist.

Einige mögliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung in Ruhestellung,

Fig. 2 den schematischen Aufbau der Meßvorrichtung in Meßstellung,

Fig. 3 die Änderung der achsgerichteten Komponente der Schwerkraft bei verschiedenen Neigungswinkel,

Fig. 4 eine mögliche Ausführung des Meßsystems, in einer Skizze dargestellt,

Fig. 5 eine mögliche Ausführung der Drehachse, im Schnitt dargestellt,

Fig. 6 eine mögliche Ausführung der Drehachse, im Schnitt in der in Fig. 5 bezeichneten Schnittebene dargestellt,

Fig. 7 die möglichen Betriebsstellungen des Meßsystems, schematisch dargestellt, und zwar:
a) die Ruhestellung des Meßsystems,
b) die Meßstellung des Meßsystems,
c) die zur Meßtropfenbildung dienende Stellung des Meßsystems, und
d) die Stellung des Meßsystems, in der die Meßflüssigkeit zur Sicherung der Kontinuität der Messungen in ihre Ausgangslage zurückgebracht werden kann,

Fig. 8 den Aufbau einer automatisch arbeitenden Vorrichtung, in einer Skizze (a) sowie deren einzelne Betriebsstellungen mit den erforderlichen Bewegungen (b, c und d) dargestellt,

Fig. 9 den zur kontinuierlichen Messung erforderlichen Arbeitsgang, in einer Skizze dargestellt, und

Fig. 10 eine mögliche Ausführungsform, der manuellen Vorrichtungsvariante, in einer Skizze dargestellt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Meßvorrichtung führt ein Eintrittsstutzen 4 - zweckdienlicherweise mit einer unter einem Winkel von 90° nach unten zeigenden Öffnung - in einen Meßkopf 1, der zweckdienlicherweise eine Kugel-, liegende Zylinder- bzw. sich in einem Kegel fortsetzende Zylinderform aufweist. Ein Austrittsstutzen 5 führt in ähnlicher Weise - jedoch mit einer zweckdienlicherweise unter einem Winkel von 90° nach oben zeigenden Öffnung - in einen Meßkopf 2. Zwischen den Meßköpfen 1 und 2 ist eine Kapillare 3 angeordnet. Die aufgezählten Konstruktionsbauteile können nach bekannten Methoden der Glastechnik aus Glas unter Verwendung von Schweißnähten 6, aber auch durch Verkleben aus durchsichtigen Plastbauteilen bzw. auch aus der Kombination von Glas und Plastbauelementen hergestellt werden. Im Meßkopf 1 befindet sich eine Meßflüssigkeit 7, aus der ein Meßtropfen 8 gebildet werden kann.

In Fig. 2 ist die Meßvorrichtung in einer im Vergleich zur Waagerechten um den Winkel α verdrehten Stellung so dargestellt, daß die Kapillare 3 in Richtung des Meßkopfes 2 ein Gefälle aufweist. In dieser Lage entsteht die axiale Komponente 10 der auf den Meßtropfen einwirkenden Fallbeschleunigung 9, die bestrebt ist, den Meßtropfen 8 in Richtung des Meßkopfes 2 zu bewegen. Der Darstellung von Fig. 3 entsprechend ist die axiale Kraftkomponente 10 umso größer, je größer der Wert des Winkels α ist. Wie bekannt - P = g sin.

Das in Fig. 4 dargestellte Meßsystem wird durch die Grundplatte 12 getragen. Auf diese ist um die Drehachse 14 verdrehbar die die Meßvorrichtung tragende Meßplatte 13 befestigt. Neben der Kapillare 3 der Meßvorrichtung ist parallel zu dieser die Meßskala 18 angeordnet. Der Eintrittsstutzen 4 der Meßvorrichtung ist flexibel jedoch gasdicht mit dem Geräteeingang 15 verbunden. Die Lage der Meßplatte 13 auf der Grundplatte 12 wird in der dem Uhrzeigersinn entsprechenden Richtung durch die Anschläge 16 und 17 begrenzt, die zweckdienlicherweise so ausgebildet sind, daß ihre Höhe verstellbar ist (dies wurde in der Figur nicht dargestellt), wobei jedoch die Meßplatte 13 auch über die Anschläge hinaus verdreht werden können (z. B. durch eindrückbare Ausführung oder auf irgendeine andere an sich bekannte Weise).

Eine mögliche Ausführungsart der Drehachse 14 zeigt die Fig. 5. Die Grundplatte 12 und die Meßplatte 13 werden durch die Achsschraube 14′ zusammengehalten, die zweckdienlicherweise mit einem in die Grundplatte 12 eingesenkten Kopf ausgebildet ist. Der Eingang 15 der Vorrichtung endet in dem mit einer der Größe der Achsschraube 14′ entsprechenden Bohrung versehenen innen mit dem Innenraum 20 ausgeführten Anschlußkopf 19, der Eintrittsstutzen 4 der Meßvorrichtung hingegen in dem ganz ähnlich ausgebildeten Anschlußkopf 22. Diese werden so auf der Achsschraube 14′ angeordnet, daß (nötigenfalls zwischen der Meßplatte 13 und dem Anschlußkopf 19 ebenfalls - dies ist jedoch in der Figur nicht dargestellt), jedoch unbedingt zwischen den Anschlußköpfen 19 und 22 sowie zwischen dem Anschlußkopf 22 und der Schraubenmutter 24 die Dichtungen 21 und 23 vorgesehen und die Bauteile mittels der Schraubenmutter 24 fest zusammengepreßt werden. Die Schraubenmutter 24 wird auf eine an sich bekannte Art fixiert (mit doppelter Mutter, Federring usw.). Hiernach wird in die Achschraube 14′ eine mit Innengewinde versehene blindbohrungsartige Bohrung 25 eingearbeitet und an den entsprechenden Stellen mit den Querbohrungen 26 so versehen, daß die Bohrung 26 in die Innenräume der Anschlußköpfe 19 und 22 führen. Hiernach wird die Bohrung 25 mittels des Abschlußstopfens 27 abgeschlossen.

Hiernach wird in den Meßkopf 1 soviel Meßflüssigkeit 7 geführt, daß in dem Falle, wenn die Meßplatte 13 auf der Grundplatte im Sinne des Uhrzeigersinns in der Figur bis zum Anschlag 16 verdreht wird, der Pegel der Meßflüssigkeit 7 die Kapillare 3 noch nicht erreicht, bei einer weiteren Verdrehung der Meßplatte 13 bis zum nächsten Anschlag hingegen bereits erreicht.

Das so ausgebildete Meßsystem wird bei seiner Verwendung über den Eingang 15 und den Austrittsstutzen 5 in den Weg der Materialströmung so eingeschaltet, daß die Strömungsrichtung in der Figur von links nach rechts fortschreitet. Im Falle einer Dichtigkeitsprüfung kann der Anschluß des Austrittsstutzens überflüssig werden, und dieser kann mit der freien Atmosphäre in Verbindung stehen.

Die Meßplatte 13 wird um den Winkel α ² so verdreht, daß sie mit dem Anschlag 17 in Berührung kommt, worauf die Meßflüssigkeit 7 in der Kapillare 3 einen Meßtropfen 8 bildet. Vor der ersten Messung werden zwei-drei Meßtropfen durch Einblasen von ein wenig Gas oder Luft durch die Kapillare 3 getrieben, worauf dann diese im Meßkopf 2 Platz nehmen. Hiernach wird die Meßplatte 13 zuerst in die waagerechte Lage gebracht und dann um den Winkel α ¹ so nach unten geschwenkt, daß die Meßplatte 13 den Anschlag 16 berührt. Nun wird mit der Einstellvorrichtung des Anschlages (die in der Figur nicht dargestellt wurde), z. B. mit einer mikrometerbestückten Anschlagschraube, die Lage des Meßtropfens 8 eingestellt, bei der die auf den Tropfen einwirkende Kräfte durch die g sin α-Komponente der Schwerkraft ausgeglichen werden. Dies tritt ein, wenn der stehende Meßtropfen 8 unbeweglich in seiner Stellung verbleibt, der durch schwaches Einblasen in Gang gesetzte Meßtropfen hingegen nach Einstellen des Einblasens mit gleichmäßiger Geschwindigkeit durch die Kapillare 3 entlangläuft. Hiermit ist die Vorrichtung in meßbereitem Zustand.

Bei der Messung wird das vorstehend beschriebene Verfahren wiederholt. Durch kurzzeitiges Herunterschwenken der Meßplatte 13 bis zum Anschlag 17 wird in der Kapillare 3 der Meßtropfen 8 gebildet und dann wird die Meßplatte 13 bis zur Waagerechten angehoben und hiernach bis zum Anschlag 16 heruntergeschwenkt. Jetzt beginnt die Messung. Liegt eine Materialströmung vor, bewegt sich der Meßtropfen 8 in der Kapillare entlang über der Meßskala 18 und das Ausmaß seiner Bewegung kann an der Skala, die Geschwindigkeit der Bewegung mit Hilfe der Skala an einer Zeitmeßvorrichtung (Stoppuhr) festgestellt werden.

Nach Abschluß der Messung gelangt der Meßtropfen 8 in den Meßkopf 2 und verbleibt hier. Bei einer einen Fehler bedeutenden starken Strömung gelangt der Tropfen innerhalb einer Sekunde in den Meßkopf 2, verläßt jedoch das Gerät nicht.

Die Dichtigkeit der unter Druck gesetzten Systeme kann geprüft werden, wenn das zu Prüfen gewünschte System an den Geräteeingang 15, der Austrittsstutzen 5 hingegen über eine Umgehungsleitung an einen auf den gleichen Druck aufgefüllten Referenzbehälter angeschlossen wird. Hierbei kann bei Unterbrechung der Umgehungsleitung und Einstellung des Meßtropfens 8 in die Mitte der Kapillare 3 aus der Stellungsänderung des Tropfens auf die Dichtheit des untersuchten Systems gefolgert werden. Die aus Temperaturänderungen resultierenden Fehler können beseitigt werden, wenn der Referenzbehälter in bekannter Weise innerhalb des geprüften Systems angeordnet wird.

Das gasdichte Schließen der Verschlußarmaturen der unter Druck gesetzten (aufgefüllten) Druckgefäße kann so geprüft werden, indem das Gefäß an den Geräteeingang 15 angeschlossen und der Anschlußstutzen frei gelassen wird. Bewegt sich der Meßtropfen 8 weiter, so schließt die Verschlußarmatur nicht gasdicht.

Vermindert sich die Menge der Meßflüssigkeit 7 im Verlaufe der Messungen im Meßkopf 1 in einem Maße, daß durch Herunterschwenken der Meßplatte 13 bis zum Anschlag 17 kein Meßtropfen 8 mehr gebildet werden kann, so ist die Meßserie zu unterbrechen und die Meßplatte 13 in die Stellung gemäß Zeichnung d) in Fig. 7 zu bringen, d. h. in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung um 90° nach oben zu verdrehen. Hierbei fließt die in den Meßkopf 2 hinübergeflossene Meßflüssigkeit 7 in den Meßkopf 1 zurück. Das Zurückfließen kann unter Drucksetzung des Austrittsstutzens 5 (durch Einblasen) beschleunigt werden. Nach Druchfließen der gesamten Flüssigkeitsmenge 7 kann die Meßserie nach vorstehenden Ausführungen fortgesetzt werden.

Als Meßflüssigkeit kann Wasser, gefärbter Alkohol oder jede beliebige andere mit dem zu Messen gewünschten Material nicht reagierende Flüssigkeit verwendet werden. Bei Verwendung von Quecksilber in der Meßvorrichtung kann mit Hilfe von an den gewünschten Stellen angeordneten Elektroden der Meßtropfen 8 auch zum (augenblicklichen) Schließen von elektrischen Stromkreisen und dadurch auch zur Erzeugung von zur Signalverarbeitung geeigneten elektrischen Impulsen verwendet werden.

Der praktisch ausbalancierte Meßtropfen 8 der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung bewegt sich auch unter Einwirkung eines minimalen fast unmeßbaren Überdruckes aus seiner Stellung und dadurch ist die Empfindlichkeit der Messung so groß, daß im Falle der Kontrolle von Materialströmungen (Dichtigkeitsprüfungen, Leckprüfung) die Prüfungszeitdauer in einem außerordentlichen Maße abgekürzt werden kann.

Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Fig. 8 bis 10 dargestellt.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist gegenüber dem Anschlußstutzen 32 des Druckgefäßes 31 an den Kolben eines an einer stabilen Fläche 33 befestigten doppeltwirkenden pneumatischen oder hydraulischen Arbeitszylinders 34 befestigt, eine Grundplatte 35 angeordnet, auf der um die Drehachse 37 verdrehbar eine Meßplatte 36 vorgesehen ist. Auf der Meßplatte 36 ist eine mit Meßflüssigkeit 39 versehene, mit einem Meßkopf 38 beginnende, entlang einer Meßskala 49 fortlaufende und dann in einem ähnlichen Meßkopf endende Kapillare angeordnet. In den ersten Meßkopf 38 ragt ein Eintrittsrohr hinein, das durch die Drehachse 37 mit der Bohrung einer Dichtung 43 verbunden ist; aus dem zweiten Meßkopf ist ein Austrittsrohr abgezweigt, das mit der äußeren Atmosphäre verbunden ist. Die die Bohrung der Dichtung 43 mit der Drehachse 37 verbindende Rohrleitung ist mittels der aus ihr abzweigenden Röhre 45 durch die Rohrabsperrarmatur 46 an den Rohrstutzen 47 angeschlossen, der ebenfalls mit der freien Atmosphäre verbunden ist.

Auf der Grundplatte 35 ist der doppeltwirkende pneumatische bzw. hydraulische Arbeitszylinder 40 befestigt, an dessen Kolben mittels des Armes 41 die Feststellvorrichtung 42 montiert ist.

Die mit der Bohrung versehene zweckdienliche halbkugelförmige elastische Dichtung 43 wird durch den Stützring 44 fixiert. Auf der Grundplatte 5 kann die Meßplatte 36 nach oben um die Drehachse 37 durch den doppeltwirkenden pneumatischen bzw. hydraulischen Arbeitszylinder 48, nach unten durch den doppeltwirkenden pneumatischen oder hydraulischen Arbeitszylinder 48′ verdreht werden. Die Vorrichtung ist mit einem an sich bekannten Mechanismus ausgerüstet, der bei dem Weitertransport des Druckgefäßes die ganze Vorrichtung anhebt, dieser ist aber in der Figur nicht dargestellt.

Die Vorrichtung kann außerdem auch mit einem an sich bekannten Signalformer-Fühler versehen werden, der bei der Fortbewegung der Meßflüssigkeit 39 in der Kapillare ein elektrisches, pneumatisches bzw. hydraulisches Signal erzeugt. Diese können auch optische sein (Lichtquelle und Fototransistor, in die Kapillare eingebautes Kontaktpaar - in diesem Fall vorausgesetzt, daß eine elektrisch leitende Meßflüssigkeit verwendet wird); außerdem kann die Vorrichtung mit einer diese Signale verarbeitenden an sich bekannten Automatik versehen werden, obwohl diese zusätzlichen Ausrüstungen nicht zum Wesen der Erfindung gehören und innerhalb der Kenntnisse des Konstrukteurs vorgesehen werden können.

Die in Fig. 10 dargestellte manuelle Meßvorrichtung ist in der Konstruktion einer Pistole 52 angeordnet. Diese Pistole 52 kann aus einem beliebigen Material, zweckdienlicherweise gegossen aus zwei Hälften, hergestellt werden.

In ihrem Inneren ist die bereits zuvor beschriebene Dichtung 43 und die ebenfalls zuvor beschriebene Kapillare an ihren beiden Enden mit Meßköpfen versehen vorzufinden, jedoch in einer schrägen nach hinten abfallenden Lage, daß der mit der Waagerechten eingeschlossene Winkel der Längsachse der Kapillare dem Winkel entspricht, bei dem die zwischen der Meßflüssigkeit 9 und der kapillaren Wand entstehenden Kräfte durch die aus dem Gewicht der Meßflüssigkeit resultierende in der Achslinie der Kapillaren wirkende Kraftkomponente ausgeglichen werden. Die in den Meßkopf eintretende Röhre ist über die Röhre 50 mit der Bohrung der Dichtung 43 sowie mit der Röhre 53 verbunden, wobei letztere Röhre 53 zu der im Pistolenkolben befindlichen Bohrung 51 führt. Die Pistole 52 ist oberhalb der Kapillare und der unter dieser angeordneten Meßskala 49 mit einem Fenster 54 versehen, durch das die Kapillare beobachtet werden kann. Die waagerechte Lage der Pistolenachslinie kann mit Hilfe der Dosenlibelle 55 eingestellt werden.

Bei Betätigung der den vorstehenden Ausführungen entsprechend konstruierten automatischen Vorrichtung wird, sobald das Druckgefäß auf der seinen Transport vollführenden kontinuierlichen Fördereinrichtung zur Vorrichtung gelangt, über die Steuerautomatik der Arbeitszylinder 34 betätigt, demzufolge sich die Grundplatte 35 um den Abstand "a" vorwärts bewegt, so daß sich die Dichtung 43 an den Anschlußstutzen 32 des Druckgefäßes 31 ansetzt. Gleichzeitig betätigt die Steuerautomatik auch den Arbeitszylinder 40, demzufolge sich der Arm 41 und der Feststellmechanismus 42 um den Abstand "b" fortbewegen und zwischen der Dichtung 43 sowie dem Anschlußstutzen 32 des Druckgefäßes 31 einen gasdichten Anschluß zustande bringen. Die aus der Verformung der Dichtung 43 resultierende Luftmenge entweicht durch die offene Rohrabsperrarmatur 46, den Rohrstutzen 47 und die Röhre 45, so daß die Vorrichtung nach Erreichen der Stellungen von Fig. 8 b und c in meßbereiten Zustand gelangt. Hierauf betätigt die Automatik den Arbeitszylinder 48′ und schließt dann die Rohrabsperrarmatur 46.

Demzufolge wird die Meßplatte 36 um den Abstand "c" nach unten geschwenkt, die Meßflüssigkeit 39 fließt zum Anfangspunkt der Kapillare und die Messung beginnt.

Erfolgt kein Gasaustritt (Lecken), so bleibt die Meßflüssigkeit 39 in ihrer bisherigen Lage. Nach Ablauf der durch das in der Automatik befindliche Zeitglied gesicherten Meßzeit beseitigen die in entgegengesetztem Sinne wirkende Arbeitszylinder 34 und 40 die Verbindung zwischen der Vorrichung und dem Druckgefäß 1. Der Arbeitszylinder 48 beginnt zu wirken und bringt die Meßplatte 6 in die in Fig. 9 dargestellte Lage, worauf die Meßflüssigkeit 39 in den Meßkopf 38 zurückfließt. Gleichzeitig hebt der in der Figur nicht dargestellte Mechanismus die Vorrichtung an und das kontinuierliche Fördermittel fördert das Druckgefäß 31 weiter und bringt das nächste an seine Stelle. Hiernach bringt der Arbeitszylinder 48 die Meßplatte in die waagerechte Lage zurück und der in der Figur nicht dargestellte Hubmechanismus versetzt die Meßvorrichtung in die Grundstellung und der Zyklus beginnt von neuem.

Erfolgt ein Gasaustritt (Lecken), so läßt die Meßflüssigkeit 39 durch die Kapillare in den zweiten Meßkopf strömen, wobei das in der Figur ebenfalls nicht dargestellte Fehlersignal gebildet wird. Darauffolgend schaltet die Automatik die Leitvorrichtung der kontinuierlichen Fördereinrichtung um, damit das undichte Druckgefäß 31 durch letztere aussortiert wird, und hiernach vollführt die Vorrichtung die gleichen Funktionen wie im Falle einwandfreier dichtschließender Armaturen, d. h. der Arbeitszylinder 48 hebt die Meßplatte 36 an und die Meßflüssigkeit 39 fließt hierauf aus dem zweiten Meßkopf in den ersten Meßkopf zurück.

Bei Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Handvorrichtung wird die Pistole 22 so in die Hand genommen, daß dabei die Bohrung 51 freibleibt und die Dichtung 43 an den Anschlußstutzen 32 des Druckgefäßes 31 gepreßt wird. Die Pistole wird hiernach in waagerechte Stellung gebracht und ihr Kolben etwas gesenkt, damit aus der Meßflüssigkeit ein Meßtropfen in die Kapillare gelangt, was durch das Fenster 54 wahrgenommen werden kann. Hiernach verschließt man durch Aufpressen eines Fingers die Bohrung 51 und beobachtet die Lage des in der Kapillare befindlichen Meßtropfens im Verhältnis zur Meßskala 49. Hierbei ist die waagerechte Lage der Pistole - nötigenfalls mit Hilfe der Dosenlibelle 55 - zu kontrollieren. Erfolgt keine Fortbewegung des Tropfens, so ist der Verschluß des Druckgefäßes einwandfrei. Erfolgt hingegen ein Gasaustritt (Lecken), so bewegt sich der Meßtrofen mit einer zum Gasaustritt proportionalen Geschwindigkeit durch die Kapillare und gelangt an ihrem Ende in den hinteren Meßkopf. Liegt ein sehr starker Gasaustritt vor, d. h. daß die Fortbewegung des Tropfens in der Kapillare ziemlich schnell erfolgt, so gibt man die Bohrung 51 durch Anheben des Fingers frei, worauf der Tropfen zum Stillstand kommt. Nach Beendigung der Messung wird die Pistole senkrecht nach unten gehalten, damit die Meßflüssigkeit aus dem hinteren Meßkopf in den ersten Meßkopf 38 zurückfließen kann. Dies kann beschleunigt werden, indem man in die Bohrung 56 ein wenig hineinbläst.

Auch eine indirekte Gasaustrittsmessung kann mittels der Handvorrichtung vorgenommen werden, indem man an die Bohrung 56 eine Rohrleitung anschließt und diese mit einem Referenzgefäß verbindet.

Die nach vorstehender Beschreibung ausgeführte und betätigte Vorrichtung ermöglicht die Kontrolle von Druckgefäßen nach ihrer Auffüllung sowohl aus einer automatischen Füllmaschinenstraße als auch in der Form eines Handgerätes eingesetzt und letzteres kann auch zu anderen Dichtheitsprüfungen verwendet werden, wobei die Auswertung der Meßergebnisse desselben die subjektiven Fehler auf ein mindestmögliches Maß reduziert.

Es ist noch zu bemerken, daß die Kapillare nicht nur in geradliniger Ausführung vorstellbar ist, sondern auch V-förmig, U-förmig und in vielen anderen Varianten.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Anzeige und/oder Messung von außerordentlich geringen strömenden Materialmengen, mit einer neben der Meßskala angeordneten Kapillare, wobei an dem einen Ende der Kapillare ein mit einem Eintrittsstutzen versehener Meßkopf und an dem anderen Ende der Kapillare ein mit einem Austrittsstutzen versehender Meßkopf angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kapillare(3) ein aus der in dem mit dem Eintrittsstutzen (4) verbundenen Meßkopf (1) befindlichen Meßflüssigkeit (7) gebildeter Meßtropfen (8) vorhanden ist und die Kapillare (3) in einen die zwischen dem Meßtropfen (8) selbst und der Wand der Kapillare (3) enstehenden Kräfte durch die zur Kapillare gerichtete Komponente der auf den Meßtropfen (8) wirkenden Schwerkraft ausgleichenden, in Richtung des Austrittsstutzens (5) abfallenden Neigungswinkel (α) verstellbar ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an beiden Enden der Kapillare (3) vorgesehenen beiden Meßknöpfe (1 und 2) Kugel-, Zylinder bzw. in einem Kegel endenden Zylinderform aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Eintrittsstutzen (4) mit einer unter einem Winkel von 90° nach unten zeigenden, ihr Austrittsstutzen (5) unter einem Winkel von 90° nach oben zeigenden Öffnung innerhalb des Meßkopfes versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie an einer auf einer Grundplatte (12) um eine festgelegte Drehachse (14) verdrehbar angebrachten Meßplatte (13) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf ihrer Grundplatte (12) zwei den Neigungswinkel der Meßplatte (13) bestimmende verstellbare Anschläge (16 und 17) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Drehachse (14) eine mit einer Längsbohrung (25) mit Gewinde und diese durchquerenden Bohrungen (26) versehene Achsschraube (14′) auf dieser mit über Innenräume verfügenden Anschlußköpfen (19 unnd 22) versehenen Instrumentenanschluß (15) und Eintrittsstutzen (4) und einem die Längsbohrung (25) abschließenden Verschlußstopfen (27) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen an eine stabile Fläche (33) befestigten, die Grundplatte (35) nach vorn und zurück bewegenden Arbeitszylinder (34), einen an die Grundplatte (35) montierten und die Meßplatte (36) nach oben verschwenkenden Arbeitszylinder (48), einen an die Grundplatte (35) montierten und die Meßplatte (36) nach unten verschwenkenden Arbeitszylinder (48′), einen an die Grundplatte montierten und mit einem an den Arm (41) befestigten Feststellmechanismus (42) versehenden Arbeitszylinder (40), eine sich an den Anschlußstutzen (32) des Druckgefäßes (31) anpassende, mit einer Bohrung versehene, zweckdienlich halbkugelförmige eleastische Dichtung (43) und einen an sich bekannten, die Lagenveränderung (Bewegung) der Meßflüssigkeit (39) wahrnehmenden Fühler aufweist.

8. Meßpistole zur Kontrolle des gasdichten Schließens der an Druckgefäßen, insbesondere an Gasflaschen verwendeten Verschlußarmaturen, dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrem Ende eine elastische, mit einer Bohrung versehene Dichtung (43) aufweist, während in ihr unter einem durchsichtigen Schauglas (54) über einer Meßskala (49) eine nach hinten zu abfallende, an beiden Enden mit je einem Meßkopf (38) versehene Kapillarmeßröhre, im ersten Meßkopf (38) Meßflüssigkeit, den Luftraum des ersten Meßkopfes (38) mit der Bohrung der Dichtung (43) und einer im Pistolenkolben befindlichen Bohrung (51) verbindende Röhren (50 und 53) und eine den hinteren Meßkopf mit einer an der Hinterseite der Vorrichtung befindlichen Bohrung (56) verbindende Röhre vorgesehen sind.

9. Meßpistole nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen die Dichtung (43) mechanisch abstützenden Stützring (44) und eine die Bohrung der Dichtung (43) über eine Rohrabschlußarmatur (46) mit einem an die Atmosphäre angeschlossenen Rohrstutzen (47) verbindende Leitung (45) aufweist.

10. Meßpistole nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dosenlibelle (55) aufweist.