DE4339506A1

DE4339506A1 - Floating fluid density measuring device

Info

Publication number: DE4339506A1
Application number: DE19934339506
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Ing Schnippering
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1993-11-21
Filing date: 1993-11-21
Publication date: 1995-05-24

Abstract

The device provides continuous analogue measurement of the density of a fluid within a defined density range, using a homogeneous cylindrical float body, with a density which is half the density at the centre of the density range. The float body rotates about an offcentre axis and is coupled to a homogenous flat prismatic float with a density less than that of the min. measured density, via its rotation axis, so that the variations in the fluid density cause rotation of the float body. Pref. the density is indicated from the rotary position of the float body relative to the prismatic float, using a number of density indication lines marked along the cylinder mantle of the float body.

Description

Die Erfindung betrifft eine schwimmende Flüssigkeitsdichtemeßvorrichtung zum dauerhaften anlogen Messen der Dichte von Flüssigkeiten innerhalb eines vorbestimmten Dichte bereiches, insbesondere in elektrolytischen Zellen, wie geschlossene Akkumulatoren mit flüs sigen Elektrolyten und klarsichtigen Gefäßen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten sind verschiedenartige Meßvorrichtungen bekannt. Die am häufigsten eingesetzte Vorrichtung ist ein aus einem Schwimmkörper und einem Skalenrohr bestehendes Aräometer, bei dem die Dichte der Flüssigkeit über die Eintauchtiefe des Skalenrohrs an der nach Dichtegraden unterteilten Skala abgelesen werden kann. Solche Aräometer waren bereits schon im letzten Jahrhundert bekannt. Eine Verbesserung bezüglich der Temperaturempfindlichkeit ist beispielsweise in der DE 31 17 279 bekannt.The invention relates to a floating liquid density measuring device for permanent use analog measuring the density of liquids within a predetermined density range, particularly in electrolytic cells, such as closed batteries with rivers sigen electrolytes and transparent vessels, according to the preamble of the claim 1. Various types of measuring devices are used to determine the density of liquids known. The most commonly used device is a float and an existing hydrometer, in which the density of the liquid over the Immersion depth of the scale tube can be read on the scale divided according to density can. Such hydrometers were already known in the last century. A Improvement in temperature sensitivity is for example in DE 31 17 279 known.

Des weiteren gibt es Dichtemeßvorrichtungen, die aus einem bzw. zwei drehbar gelagerten Auftriebskörpern mit jeweils einer Beschwerung bestehenden, wobei bestimmte Kriterien bezüglich Auftriebsschwerpunkt und Gewichtsschwerpunkt innerhalb des vorbestimmten Meßbereiches gelten müssen. Diese Meßvorrichtungen sind beispielsweise in der US 41 36 551, US 39 08 467 und in der DE 31 53 462 bekannt.There are also density measuring devices, which consist of one or two rotatably mounted Buoyancy bodies each with a weighting, with certain criteria in terms of buoyancy and center of gravity within the predetermined Measuring range must apply. These measuring devices are described, for example, in US 41 36 551, US 39 08 467 and known in DE 31 53 462.

Insbesondere bei Akkumulatoren mit flüssigen Elektrolyten ist der Ladezustand und die Leistung von der Dichte des Elektrolyten abhängig. Üblicherweise läßt der konstruktive Aufbau von geschlossenen Akkumulatoren zur Bestimmung der Elektrolytdichte nur Stich probenmessungen zu, wobei über die Öffnung im Deckel des Akkumulators Elektrolytproben mittels eines Elektrolythebers abgesaugt werden und über eine der oben beschriebenen Meßvorrichtungen angezeigt werden können. Ein kontinuierliches Anzeigen der Elektrolyt dichte ist in der DE 40 39 691 bekannt, bei der ein zweites mit dem Elektrolyt des Akkumulators in Verbindung stehendes Gefäß beschrieben wird, in welches ein Aräometer eingetaucht ist.In the case of accumulators with liquid electrolytes in particular, the state of charge and the Performance depends on the density of the electrolyte. Usually the constructive Construction of closed accumulators to determine the electrolyte density only stitch Sample measurements, whereby electrolyte samples are taken through the opening in the lid of the battery be sucked off by means of an electrolyte lifter and via one of the above Measuring devices can be displayed. A continuous display of the electrolyte density is known in DE 40 39 691, in which a second with the electrolyte of Accumulator-related vessel is described, in which an hydrometer is immersed.

Das Einsetzen einer bekannten Meßvorrichtung in das Zellengefäß eines nach heutigem Stand der Technik hergestellten Akkumulators ist nur bedingt möglich. Der einzige zur Verfügung stehende Raum für eine Meßvorrichtung ist bei geschlossenen Akkumulatoren der Freiraum zwischen dem eng eingebautem Plattenmaterial und dem Gefäßdeckel, der aus Elektrolytreserveraum und Gasraum besteht. Leider ist dieser Raum in der Höhe beschränkt und der sich über die Zeit ändernde Elektrolytpegel eines in Betrieb befindlichen Akkumulators schränkt die Möglichkeiten des Einsatzes einer Meßvorrichtung zusätzlich ein. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zu schaffen, die im eingeschränkten Raum zwischen Zellendeckel und Plattenmaterial eine kontinuierliche Dichtebestimmung ermöglicht ohne daß die erschwerten Bedingungen des sich langsam ändernden Elektrolytpegels den Meßvorgang beeinflussen.The insertion of a known measuring device into the cell vessel according to one of today's State-of-the-art accumulator is only possible to a limited extent. The only one for Available space for a measuring device is the closed accumulators Clearance between the tightly built-in plate material and the vessel lid that comes out Electrolyte reserve room and gas room exists. Unfortunately, this room is limited in height and the changing electrolyte level of one in operation over time Accumulator additionally limits the possibilities of using a measuring device. The invention is therefore based on the object to provide a measuring device which in restricted space between cell cover and plate material a continuous Density determination is possible without the difficult conditions of the slow changing electrolyte level influence the measuring process.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird in den Unteransprüchen beschrieben. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in der einfachen und preisgünstigen Konstruktion der Meßvorrichtung, die innerhalb des Zellengefäßes Platz findet und für ein ausreichendes Meßergebnis sorgt. Besonders bei großen Batterieanlagen, die oft aus über 100 Einzelzellen bestehen ist der notwendige Revisionsaufwand erheblich geringer, da zeitaufwendige Stichprobenmessungen der Elektrolytdichte der einzelnen Akkumulatorzellen mittels eines Elektrolythebers entfallen. Die Weiterentwicklung nach Anspruch 6 hat den zusätzlichen Vorteil, daß Elektrolytdichtewerte der einzelnen Zellen über einen Strichcode leser über entsprechende Hard- und Software in einen Computer eingelesen werden können, wodurch die Erstellung eines Revisionsberichtes vereinfacht und verbessert werden kann. This object is achieved by the characterizing features of claim 1. A An advantageous embodiment of the invention is described in the subclaims. With The advantages achieved by the invention are particularly simple and inexpensive Construction of the measuring device, which fits within the cell vessel and for a sufficient measurement result ensures. Especially with large battery systems, which often consist of over If there are 100 single cells, the necessary revision effort is considerably less, since time-consuming sample measurements of the electrolyte density of the individual battery cells by means of an electrolyte lifter. The further development according to claim 6 has the additional advantage that the electrolyte density values of the individual cells via a bar code readers can be read into a computer using appropriate hardware and software, whereby the preparation of an audit report can be simplified and improved.

Daraus folgt sinngemäß, daß die Sicherheit einer nachgeschalteten Anlage, die vom Betriebszustand einer Batterieanlage abhängig ist, besser eingeschätzt werden kann. Das in seiner Konstruktion einfache und preisgünstige System unterliegt auch im langjährigen Gebrauch keinem Verschleiß und sichert somit die Zuverlässigkeit der Meßergebnisse besonders bei älteren Batterieanlagen, die die Sicherheit einer nachgeschalteten Anlage gefährden könnten.It follows, accordingly, that the security of a downstream system, by the Operating state of a battery system is dependent, can be better estimated. This in its construction simple and inexpensive system is also subject to long-term Use no wear and thus ensures the reliability of the measurement results especially with older battery systems, which ensure the safety of a downstream system could endanger.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1-5 erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained with reference to FIGS. 1-5. Show it:

Fig. 1 Funktionszeichnung der Flüssigkeitsdichtemeßvorrichtung anhand 3 verschiedener Flüssigkeitsdichten. Fig. 1 functional drawing of the liquid density measuring device based on 3 different liquid densities.

Fig. 2 Winkelausschlag α in Abhängigkeit der zu messenden Flüssigkeitsdichte im vorbestimmten Meßbereich für drei verschiedene Flüssigkeitsdichtemeß vorrichtungen mit gleichen äußeren Abmessungen. Fig. 2 angular deflection α depending on the liquid density to be measured in the predetermined measuring range for three different liquid density measuring devices with the same external dimensions.

Fig. 3 Ausschnitt eines gitterförmigen flachen Schwimmkörpers mit dreieckigen Profilstäben in perspektivischer Darstellung. Fig. 3 detail of a lattice-shaped flat floating body with triangular profile bars in a perspective view.

Fig. 4 Flüssigkeitsdichtemeßvorrichtung mit hohlzylinderförmigen Schwimmkörper und gitterförmigen flachen Schwimmkörper mit dreieckigen Profilstäben in perspektivischer Darstellung. Fig. 4 liquid density measuring device with a hollow cylindrical floating body and grid-shaped flat floating body with triangular profile bars in a perspective view.

Fig. 5 Flüssigkeitsdichtemeßvorrichtung eingebaut in einer klarsichtigen geschlossenen Akkumulatorzelle mit flüssigem Elektrolyten in Frontansicht. Fig. 5 liquid density measuring device installed in a transparent closed battery cell with liquid electrolyte in front view.

In Fig. 1(a-c) ist jeweils ein vollvolumiger zylinderförmiger Schwimmkörper (1) mit einem flachen prismatischen Schwimmkörper (2) über eine Drehachse (3) drehbar gelagert verbunden. Der Durchmesser des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) ist um ein vielfaches größer als die Höhe des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2). Die Drehachse (3) liegt außerhalb der Symmetrieachse (4) des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmerkörpers (1). Die Dichten des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) und des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2) sind halb so groß wie der Dichte nennwert der zu messenden Flüssigkeit. In Fig. 1a hat die Dichte der Flüssigkeit ihren Nennwert und ist doppelt so groß wie die Dichte der beiden Schwimmkörper. Beide Schwimmkörper tauchen somit bis zur Hälfte ihres Durchmessers, bzw. ihrer Höhe in die zu messende Flüssigkeit ein. Die Symmetrieachse (4) des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) sowie die Drehachse (3) befinden sich in der Höhe der Flüssigkeits oberfläche (5), so daß der auf dem vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörper (1) aufge brachte verlängerte Zeiger (6) parallel zur Flüssigkeitsoberfläche (5) verläuft.In Fig. 1 (ac) a full-volume cylindrical floating body ( 1 ) with a flat prismatic floating body ( 2 ) is rotatably connected via an axis of rotation ( 3 ). The diameter of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) is many times larger than the height of the flat prismatic floating body ( 2 ). The axis of rotation ( 3 ) lies outside the axis of symmetry ( 4 ) of the full-volume cylindrical float body ( 1 ). The densities of the full-volume cylindrical float ( 1 ) and the flat prismatic float ( 2 ) are half the nominal density of the liquid to be measured. In Fig. 1a the density of the liquid has its nominal value and is twice the density of the two floating bodies. Both floats are thus immersed up to half their diameter or their height in the liquid to be measured. The axis of symmetry ( 4 ) of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) and the axis of rotation ( 3 ) are at the height of the liquid surface ( 5 ), so that on the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) brought up extended pointer ( 6 ) parallel to Liquid surface ( 5 ) runs.

In Fig. 1b ist die Dichte der Flüssigkeit über ihren Nennwert angestiegen, so daß sich die Eintauchtiefen der beiden Schwimmkörper verringern (Archimedisches Prinzip). Da der Durchmesser des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) um ein vielfaches größer ist als der Durchmesser des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2), verringert sich auch dessen Eintauchtiefe um einen größeren Betrag. Der Gleichgewichtszustand des nach Fig. 1a beschriebenen Systems ist gestört. Um wieder einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, muß der vollvolumige zylinderförmige Schwimmkörper (1) eine Drehbewegung um die Drehachse (3) vollziehen bis das eingetauchte Volumen des vollvolumigen zylinder förmigen Schwimmkörpers (1) wieder der verdrängten Flüssigkeitsmasse entspricht. Die Symmetrieachse (4) des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) befindet sich nun in einer höheren Lage über der Flüssigkeitsoberfläche (5) als die Drehachse (3), so daß der auf dem vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkorner (1) aufgebrachte verlängerte Zeiger (6) mit der Flüssigkeitsoberfläche (5) einen positiven Drehwinkel α einschließt. In Fig. 1b the density of the liquid has risen above its nominal value, so that the immersion depths of the two floating bodies decrease (Archimedean principle). Since the diameter of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) is many times larger than the diameter of the flat prismatic floating body ( 2 ), its immersion depth is also reduced by a larger amount. The equilibrium state of the system described in FIG. 1a is disturbed. In order to achieve a state of equilibrium again, the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) must rotate about the axis of rotation ( 3 ) until the immersed volume of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) again corresponds to the displaced liquid mass. The axis of symmetry ( 4 ) of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) is now in a higher position above the liquid surface ( 5 ) than the axis of rotation ( 3 ), so that the extended pointer ( 6 ) applied to the full-volume cylindrical floating core ( 1 ) the liquid surface ( 5 ) includes a positive angle of rotation α.

In Fig. 1c ist die Dichte der Flüssigkeit unter ihren Nennwert gesunken, womit sich die Eintauchtiefen der beiden Schwimmkörper vergrößern. Auch in diesem Fall bewirkt der Unterschied der beiden Eintauchtiefen eine Drehbewegung des vollvolumigen zylinder förmigen Schwimmkörpers (1) um die Drehachse (3), jedoch in die andere Richtung. Die Symmetrieachse (4) des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) befindet sich nun in einer tieferen Lage unter der Flüssigkeitsoberfläche (5) als die Drehachse (3), so daß der auf dem vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörper (1) aufgebrachte verlängerte Zeiger (6) mit der Flüssigkeitsoberfläche (5) einen negativen Drehwinkel α einschließt.In Fig. 1c, the density of the liquid has dropped below its nominal value, which increases the immersion depths of the two floating bodies. In this case too, the difference between the two immersion depths causes the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) to rotate about the axis of rotation ( 3 ), but in the other direction. The axis of symmetry ( 4 ) of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) is now in a lower position below the liquid surface ( 5 ) than the axis of rotation ( 3 ), so that the extended pointer ( 6 ) applied to the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) the liquid surface ( 5 ) includes a negative angle of rotation α.

Die nachfolgende Gleichung beschreibt annähernd die Abhängigkeit des Drehwinkels α von der Dichte der zu messenden Flüssigkeit, für die in Fig. 1(a-c) beschriebene Dichtemeß vorrichtung.The following equation approximately describes the dependence of the angle of rotation α on the density of the liquid to be measured, for the density measuring device described in FIG. 1 (ac).

"Annähernd" aus dem Grund, weil für die Berechnung der Eintauchtiefe des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmerkörpers (1) ein für die Rechnung einfacherer prismatischer Ersatzschwimmkörper mit gleicher Dichte eingesetzt wird, der im vorbestimmten Meßbereich der Flüssigkeitsdichte ähnliche Eintauchtiefen erzielt wie der vollvolumige zylinderförmige Schwimmkörper (1). Dieser Ersatzschwimmkörper wird nur zur Vereinfachung der Rechnung herangezogen!"Approximately" for the reason that, for the calculation of the immersion depth of the full-volume cylindrical float ( 1 ), a prismatic replacement float with the same density that is simpler for the calculation is used, which achieves similar immersion depths in the predetermined measuring range of the liquid density as the full-volume cylindrical float ( 1 ) . This replacement float is only used to simplify the calculation!

Es handelt sich dabei um einen prismatischen Schwimmkörper, bei dem die Maße der Länge und Breite unerheblich sind, da sie keinen Einfluß auf die Eintauchtiefe nehmen. Die Höhe des prismatischen Schwimmkörpers, die für die Rechnung herangezogen wird, ergibt sich aus dem halben Kreisumfang eines Kreises, der im Durchmesser halb so groß ist wie der Durch messer des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1). Dieser Zusammenhang wird später deutlicher.It is a prismatic float, in which the dimensions of the length and width are irrelevant, since they have no influence on the immersion depth. The height of the prismatic float, which is used for the calculation, results from half the circumference of a circle, the diameter of which is half the size of the diameter of the full-volume cylindrical float ( 1 ). This connection will become clearer later.

Gleichung (1) setzt sich aus folgenden Einzelgleichungen zusammen:
Gleichung (2), zur Bestimmung der Eintauchtiefe des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2). (Die Länge und die Breite des flachen prismatischen Schwimmerkörpers (2) sind für die Berechnung unerheblich.)Equation (1) consists of the following individual equations:
Equation (2) for determining the immersion depth of the flat prismatic float ( 2 ). (The length and the width of the flat prismatic float ( 2 ) are irrelevant for the calculation.)

e_Fla = Eintauchtiefe des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2).
ρ_Fla = Dichte des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2).
ρ_Flü = Dichte der zu messenden Flüssigkeit.
h_Fla = Höhe des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2). e _Fla = immersion depth of the flat prismatic float ( 2 ).
ρ _Fla = density of the flat prismatic float ( 2 ).
ρ _Flü = density of the liquid to be measured.
h _Fla = height of the flat prismatic float ( 2 ).

Gleichung (3), zur Bestimmung der Eintauchtiefe des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) durch einen prismatischen Ersatzschwimmkörper, der sich im vor bestimmten Meßbereich der Flüssigkeitsdichte ähnlich verhält wie der vollvolumige zylinder förmige Schwimmkörper (1).Equation (3) for determining the immersion depth of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) by a prismatic replacement floating body, which behaves similarly to the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) in the predetermined measuring range of the liquid density.

e_Zyl = Eintauchtiefe des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1).
ρ_Zyl = Dichte des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1).
ρ_Flü = Dichte der zu messenden Flüssigkeit.
h_Ers = Höhe des prismatischen Ersatzschwimmkörpers.e _Cyl = immersion depth of the full-volume cylindrical float ( 1 ).
ρ _cyl = density of the full-volume cylindrical float ( 1 ).
ρ _Flü = density of the liquid to be measured.
h _Ers = height of the prismatic replacement float.

Gleichung (4), zur Bestimmung der Differenz zwischen der Eintauchtiefeänderung des voll volumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) und der Eintauchtiefeänderung des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2), wobei die Dichte des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) und die Dichte des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2) halb so groß ist wie die Nenndichte der zu messenden Flüssigkeit.Equation (4) for determining the difference between the change in immersion depth of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) and the change in immersion depth of the flat prismatic floating body ( 2 ), the density of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) and the density of the flat prismatic floating body ( 2 ) is half the nominal density of the liquid to be measured.

e_Dif = Differenz zwischen Eintauchtiefeänderung des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) und Eintauchtiefeänderung des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2).
h_Fla = Höhe des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2).
ρ_Zyl = Dichte des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1).
h_Ers = Höhe des prismatischen Ersatzschwimmkörpers.
ρ_Fla = Dichte des flachen prismatischen Schwimmkörpers (2).
ρ_Flü = Dichte der zu messenden Flüssigkeit.e _Dif = difference between the change in immersion depth of the full-volume cylindrical float ( 1 ) and the change in immersion depth of the flat prismatic float ( 2 ).
h _Fla = height of the flat prismatic float ( 2 ).
ρ _cyl = density of the full-volume cylindrical float ( 1 ).
h _Ers = height of the prismatic replacement float.
ρ _Fla = density of the flat prismatic float ( 2 ).
ρ _Flü = density of the liquid to be measured.

Gleichung (5), zur Bestimmung des Drehwinkels des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1).Equation (5) for determining the angle of rotation of the full-volume cylindrical float ( 1 ).

α = Drehwinkel des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1), gekennzeichnet durch den verlängerten Zeiger (6). Die Ausgangsstellung des Drehwinkels α ist 0 Grad zur Flüssigkeitsoberfläche (5) bei Nenndichte der zu messenden Flüssigkeit.α = angle of rotation of the full-volume cylindrical float ( 1 ), characterized by the elongated pointer ( 6 ). The starting position of the angle of rotation α is 0 degrees to the liquid surface ( 5 ) at the nominal density of the liquid to be measured.

e_Dif = Differenz zwischen Eintauchtiefeänderung des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) und Eintauchtiefeänderung des flachen prismat. Schwimmkörpers (2).e _Dif = difference between the change in immersion depth of the full-volume cylindrical float ( 1 ) and the change in immersion depth of the flat prismat. Float ( 2 ).

a_SyD = Abstand zwischen Symmetrieachse (4) und Drehachse (3) des vollvolumigen zylinder förmigen Schwimmkörpers (1). a _SyD = distance between the axis of symmetry ( 4 ) and the axis of rotation ( 3 ) of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ).

Die Länge des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) hat keinen Einfluß auf den Winkelausschlag α.The length of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) has no influence on the angular deflection α.

Da der zur Verfügung stehende Raum innerhalb der Akkumulatorzelle (11) oberhalb des Plattenmaterials (14) eingeschränkt ist, ist es erforderlich, daß der Durchmesser des voll volumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) klein gehalten wird. Ein klein gehaltener Durchmesser bedeutet aber auch, daß die Eintauchtiefeänderung des vollvolumigen zylinder förmigen Schwimmkörpers (1) gering ist. Um einen gut erkennbaren nach Dichtegraden unterteilten Winkelausschlag α zu bekommen, muß sinngemäß auch der Abstand zwischen Symmetrieachse (4) und Drehachse (3) des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) klein sein. Zu kleine Eintauchtiefeänderungen und zu kleine Abstände zwischen Symmetrie achse (4) und Drehachse (3) haben jedoch zur Folge, daß die Meßgenauigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Einflüsse der Oberflächenspannung der Meßflüssigkeit und der Toleranz fehler bei der Fertigung der Schwimmkörper, eingeschränkt wird. In Anspruch 2 wird daher vorgeschlagen, anstelle des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) einen hohl zylinderförmigen Schwimmkörper (7) mit dünner Wandstärke einzusetzen, der nur im mittleren Bereich seiner Länge auf einem kurzen Stück vollvolumig ist, um eine Verbindung zur Drehachse (3) zu gewährleisten. Um den Vorteil eines solchen hohlzylinderförmigen Schwimmkörpers (7) zu verdeutlichen, stelle man sich vor, daß ein dünnwandiger Hohl zylinder genau in der Mitte längs seiner Länge aufgeschnitten ist. Wird dann eine Hälfte ausgerollt (gestreckt) zu einem flachen prismatischen Körper, dann ist das Maß der gestreckten Länge um so größer, je dünnwandiger der Hohlzylinder zuvor war. Ein pris matischer Schwimmkörper dessen Höhe der gestreckten Länge eines halbierten Hohl zylinders entspricht, verhält sich in einem bestimmten Bereich bezüglich der Eintauchtiefe ähnlich wie der Hohlzylinder. Die Übereinstimmung der Werte, für die Änderung der Eintauchtiefen der vergleichenden Körper bei Veränderung der Flüssigkeitsdichte, sind im Bereich um den Mittelpunkt der gestreckten Länge, bzw. um die Symmetrieachse des Hohlzylinders am genausten. Die Überlegung der gestreckten Länge ist theoretisch auch auf einen vollvolumigen Zylinder anzuwenden (siehe dazu die Herleitung der Gleichung 1).Since the space available within the battery cell ( 11 ) above the plate material ( 14 ) is limited, it is necessary that the diameter of the fully voluminous cylindrical floating body ( 1 ) is kept small. A small diameter also means that the change in immersion depth of the full-volume cylindrical float ( 1 ) is small. In order to obtain an easily recognizable angular deflection α divided by degrees of density, the distance between the axis of symmetry ( 4 ) and the axis of rotation ( 3 ) of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ) must also be small. Too small immersion depth changes and too small distances between the axis of symmetry ( 4 ) and the axis of rotation ( 3 ), however, have the consequence that the measurement accuracy, especially with regard to the influences of the surface tension of the measuring liquid and the tolerance error in the manufacture of the float, is limited. In claim 2 it is therefore proposed to use a hollow cylindrical floating body ( 7 ) with a thin wall thickness instead of the full-volume cylindrical floating body ( 1 ), which is full-volume over a short distance only in the central region of its length in order to connect to the axis of rotation ( 3 ) guarantee. To illustrate the advantage of such a hollow cylindrical floating body ( 7 ), imagine that a thin-walled hollow cylinder is cut in the middle along its length. If one half is then rolled out (stretched) to form a flat prismatic body, the dimension of the stretched length is greater, the thinner the hollow cylinder was before. A prismatic float whose height corresponds to the elongated length of a halved hollow cylinder behaves in a certain area with respect to the immersion depth similar to that of the hollow cylinder. The agreement of the values for the change in the immersion depths of the comparative bodies when the liquid density changes is most accurate in the area around the center of the elongated length or around the axis of symmetry of the hollow cylinder. The consideration of the stretched length can theoretically also be applied to a full-volume cylinder (see the derivation of equation 1).

Eine weitere Verbesserung der Dichtemeßvorrichtung wird durch den Einsatz eines gitter förmigen flachen Schwimmkörpers (8) erzielt, wobei die einzelnen Gitterstäbe ein dreieckiges Profil aufweisen. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines gitterförmigen flachen Schwimmkörpers (8) in perspektivischer Darstellung. Das dreieckige Profil der Gitterstäbe hat den Vorteil, daß bei gleicher Dichte und gleicher Höhe, die Eintauchtiefeänderung des dreieckigen Profils geringer ist, als die eines flachen prismatischen Schwimmkörpers (2). Dabei wird voraus gesetzt, daß eine Seite des dreieckigen Profils parallel und oberhalb der Flüssigkeitsober fläche (5) verläuft.A further improvement of the density measuring device is achieved by using a lattice-shaped flat floating body ( 8 ), the individual lattice bars having a triangular profile. Fig. 3 shows a detail of a lattice-shaped flat floating body ( 8 ) in a perspective view. The triangular profile of the bars has the advantage that, with the same density and the same height, the change in immersion depth of the triangular profile is less than that of a flat prismatic float ( 2 ). It is assumed that one side of the triangular profile runs parallel and above the upper liquid surface ( 5 ).

Gleichung 6 beschreibt annähernd die Abhängigkeit des Drehwinkels α von der Dichte der zu messenden Flüssigkeit, bei Verwendung eines hohlzylinderförmigen Schwimmkörpers (7) und eines gitterförmigen flachen Schwimmkörpers (8) mit dreieckigen Profilstäben.Equation 6 describes approximately the dependence of the angle of rotation α on the density of the liquid to be measured, when using a hollow cylindrical floating body ( 7 ) and a latticed flat floating body ( 8 ) with triangular profile bars.

Der Term unter A ist ein fester Wert, der die Höhe der Eintauchtiefe des hohlzylinderförmigen Schwimmkörpers (7) bei Nenndichte der zu messenden Flüssigkeit angibt (Die Dichte des hohlzylinderförmigen Schwimmkörpers ρ_Zyl liegt sinnvollerweise im Bereich der halben Nenn dichte ρ_Nen der zu messenden Flüssigkeit, so daß unter A auch h_Ers/2 stehen könnte).The term under A is a fixed value that indicates the height of the immersion depth of the hollow-cylindrical floating body ( 7 ) at the nominal density of the liquid to be measured (the density of the hollow-cylindrical floating body ρ _cyl usefully lies in the range of half the nominal density ρ _{Nen of} the liquid to be measured, so that A _Ers / 2 could also appear under A).

Der Term unter B ist auch ein fester Wert, der die Höhe der Eintauchtiefe des gitterförmigen flachen Schwimmkörpers (8) bei Nenndichte ρ_Nen der zu messenden Flüssigkeit angibt, die gleichzeitig die Höhe der Drehachse (3) ist (Die Dichte des gitterförmigen flachen Schwimm körpers ρ_Fla muß mindestens kleiner sein als der kleinste vorbestimmte Meßbereich - beste Meßergebnisse werden aber bei möglichst kleinen Dichtewerten für ρ_Fla erzielt).The term under B is also a fixed value that indicates the height of the immersion depth of the grid-shaped flat float ( 8 ) at nominal density ρ _{Nen of} the liquid to be measured, which is also the height of the axis of rotation ( 3 ) (the density of the grid-shaped flat float ρ _Fla must be at least smaller than the smallest predetermined measuring range - best measuring results are achieved with the smallest possible density values for ρ _Fla ).

In Fig. 2(a-c) wird der Unterschied des Winkelausschlages α in Abhängigkeit der Flüssig keitsdichte für drei verschiedene Flüssigkeitsdichtemeßvorrichtungen graphisch dargestellt. Die äußeren Abmessungen der zylinderförmigen und flachen Schwimmkörper, sowie der Abstand zwischen Symmetrieachse (4) und Drehachse (3) ist bei allen drei Dichtemeßvor richtungen gleich (Durchmesser des zylinderförmigen und hohlzylinderförmigen Schwimm körpers = 30 mm; Wandstärke des hohlzylinderförmigen Schwimmkörpers = 5 mm; Höhe des flachen prismatischen Schwimmkörpers = 5 mm; Höhe des gitterförmigen flachen Schwimm körpers mit dreieckigen Profilstäben = 5 mm; Abstand zwischen Symmetrieachse und Dreh achse = 1,5 mm). In Fig. 2a ist graphisch der Winkelausschlag α für eine Dichtemeßvor richtung gezeigt, die aus einem vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörper (1) und einem flachen prismatischen Schwimmkörper (2) besteht. In Fig. 2b wurde anstelle eines voll volumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers (1) ein dünnwandiger hohlzylinderförmiger Schwimmkörper (7) eingesetzt und in Fig. 2c ist zusätzlich der flache prismatische Schwimmkörper (2) gegen einen gitterförmigen flachen Schwimmkörper (8) mit dreieckigen Profilstäben ersetzt worden. Die Tabelle in Fig. 2 zeigt zahlenmäßig die Unterschiede der Winkelausschläge α in Abstufungen im vorbestimmten Meßbereich für alle drei Varianten. Anhand der Tabelle und der graphischen Darstellung (a-c) wird verdeutlicht welche Einflüsse die genannten Verbesserungen auf den Winkelausschlag α haben. Neben den nur geringen Vorteilen des gitterförmigen Schwimmkörpers (8) bezüglich des Winkelausschlages α, bietet dieser aber noch eine zusätzliche Verbesserung. Aufsteigende Gasbläschen, die durch Wasserzersetzung eines in Betrieb befindlichen Akkumulators entstehen, werden durch das Gitter nach oben abgeleitet und in den Gasraum entlassen. Dadurch wird eine Ansammlung von Gasbläschen unter dem flachen Schwimmkörper vermieden, die das Gleichgewicht der Flüssigkeitsdichtemeßvorrichtung verändern könnten.In Fig. 2 (ac) the difference in the angular deflection α is shown as a function of the liquid density for three different liquid density measuring devices. The external dimensions of the cylindrical and flat floats, as well as the distance between the axis of symmetry ( 4 ) and the axis of rotation ( 3 ) is the same for all three Dichtemeßvor devices (diameter of the cylindrical and hollow cylindrical floating body = 30 mm; wall thickness of the hollow cylindrical floating body = 5 mm; height of the flat prismatic float = 5 mm; height of the grid-shaped flat float with triangular profile bars = 5 mm; distance between the axis of symmetry and the axis of rotation = 1.5 mm). In Fig. 2a, the angular deflection α is shown graphically for a Dichtemeßvor direction, which consists of a full-volume cylindrical floating body ( 1 ) and a flat prismatic floating body ( 2 ). In Fig. 2b a thin-walled hollow-cylindrical floating body ( 7 ) was used instead of a full-volume cylindrical floating body ( 1 ) and in Fig. 2c the flat prismatic floating body ( 2 ) was replaced by a grid-shaped flat floating body ( 8 ) with triangular profile bars. The table in FIG. 2 shows the differences in the angular deflections α in increments in the predetermined measuring range for all three variants. The table and the graphical representation (ac) illustrate the influences that the improvements mentioned have on the angular deflection α. In addition to the only slight advantages of the grid-shaped floating body ( 8 ) with respect to the angular deflection α, this offers an additional improvement. Ascending gas bubbles, which result from water decomposition of an accumulator in operation, are discharged upwards through the grille and released into the gas space. This avoids the accumulation of gas bubbles under the flat float, which could change the balance of the liquid density measuring device.

Fig. 4 zeigt die Flüssigkeitsdichtemeßvorrichtung mit hohlzylinderförmigen Schwimmkörper (7) und gitterförmigen flachen Schwimmkörper (8) mit dreieckigen Profilstäben in perspek tivischer Darstellung. Die Form des gitterförmigen flachen Schwimmkörpers (8) unterliegt den geometrischen Ausmaßen der Akkumulatorzelle (11) und ist je nach Typ verschieden aus geführt. Da die Länge des hohlzylinderförmigen Schwimmkörpers (7) keinen Einfluß auf den Winkelausschlag α hat, ist neben der nach Dichtegraden unterteilten Skala (9) auf der Zylinderaußenwand auch noch ein Strichcode (10) aufgebracht. Mit einem entsprechenden Strichcodeleser kann der momentane Dichtewert der zu messenden Flüssigkeit über vor gesehene Soft- und Hardware in ein Computer eingelesen werden, wodurch die Erstellung eines Revisionsberichtes vereinfacht und verbessert wird. Fig. 4 shows the liquid density measuring device with hollow cylindrical floating body ( 7 ) and lattice-shaped flat floating body ( 8 ) with triangular profile bars in a perspective view. The shape of the grid-shaped flat floating body ( 8 ) is subject to the geometric dimensions of the battery cell ( 11 ) and is carried out differently depending on the type. Since the length of the hollow cylindrical floating body ( 7 ) has no influence on the angular deflection α, a bar code ( 10 ) is also applied to the outer wall of the cylinder in addition to the scale ( 9 ) divided according to density. With an appropriate bar code reader, the current density value of the liquid to be measured can be read into a computer using the software and hardware provided, which simplifies and improves the preparation of a revision report.

Die Breite der aufgebrachten schwarzen Striche und die Breite der weißen Zwischenräume werden im Computer in ein Puls-Pauseverhältnis umgerechnet und einem bestimmten Dichte wert zugeordnet. Ausschlaggebend für das Meßergebnis ist dann das zuletzt eingelesene Puls-Pausenverhältnis, bevor durch die optische Veränderung der Strichbreiten beim Über gang in die zu messende Flüssigkeit eine zu starke Abweichung auftritt. Da das eingelesene Signal in ein Verhältnis umgerechnet wird, ist der einzuhaltende Abstand beim Einlesen zwischen Lesegerät und Strichcode (10) nicht von besonderer Bedeutung.The width of the black lines applied and the width of the white spaces are converted into a pulse-pause ratio in the computer and assigned a specific density value. The decisive factor for the measurement result is the last read pulse-pause ratio, before an excessive deviation occurs due to the optical change in the stroke widths during the transition to the liquid to be measured. Since the read-in signal is converted into a ratio, the distance to be maintained when reading in between the reader and the bar code ( 10 ) is not particularly important.

Um Temperaturfehler bei der Dichtemessung möglichst klein zu halten, ist es erstrebenswert Materialien für den hohlzylinderförmigen Schwimmkörper sowie für den gitterförmigen flachen Schwimmkörper einzusetzten, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient möglichst ähnlich ist wie der Wärmeausdehnungskoeffizient der zu messenden Flüssigkeit.In order to keep temperature errors in the density measurement as small as possible, it is desirable Materials for the hollow cylindrical floating body as well as for the latticed flat one To use floating bodies whose thermal expansion coefficient is as similar as possible like the coefficient of thermal expansion of the liquid to be measured.

Fig. 5 zeigt die Flüssigkeitsdichtemeßvorrichtung eingebaut in einer klarsichtigen ge schlossenen Akkumulatorzelle (11) mit flüssigem Elektrolyten in Frontansicht. Die Umgebung in der sich die Meßvorrichtung bewegt besteht zur einen Hälfte aus Gasraum (12) und zur anderen Hälfte aus Elektrolytreserveraum (13). Beim Absinken des Elektrolytpegels durch Wasserzersetzung bleibt die Meßvorrichtung so lange in Funktion, bis der hohlzylinderförmige Schwimmkörper (7) auf das Plattenmaterial (14) aufsetzt. Der Durchmesser des hohlzylinder förmigen Schwimmkörpers (7) sollte daher so bemessen sein, daß gleichzeitig die zulässige Mindestmenge des Elektrolyten nicht weiter unterschritten werden darf. Fig. 5 shows the liquid density measuring device installed in a transparent ge closed battery cell ( 11 ) with liquid electrolyte in front view. The environment in which the measuring device moves consists of half a gas space ( 12 ) and half of an electrolyte reserve space ( 13 ). When the electrolyte level drops due to water decomposition, the measuring device remains in operation until the hollow cylindrical floating body ( 7 ) touches the plate material ( 14 ). The diameter of the hollow cylindrical floating body ( 7 ) should therefore be dimensioned such that at the same time the minimum permissible amount of the electrolyte must not be undercut.

Damit Akkumulatorzellen in zwei Richtungen eingesetzt werden können, ist es sinnvoll auf die gegenüberliegende Einsichtseite des Akkumulators eine zweite Möglichkeit der Flüssigkeits dichtebestimmung zu schaffen. In Anspruch 4 wird daher der Vorschlag gemacht, zwei zylinderförmige Schwimmkörper an einem flachen Schwimmkörper drehbar gelagert zu befestigen.So that accumulator cells can be used in two directions, it makes sense to the opposite viewing side of the accumulator a second possibility of liquid to create density determination. In claim 4, the proposal is therefore made two cylindrical floating bodies are rotatably mounted on a flat floating body fasten.

Beschreibung der Einzelteile der Fig. 1-5:
1 Vollvolumiger zylinderförmiger Schwimmkörper
2 Flacher prismatischer Schwimmkörper
3 Drehachse
4 Symmetrieachse des vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörpers
5 Flüssigkeitsoberfläche
6 Verlängerter Zeiger auf dem vollvolumigen zylinderförmigen Schwimmkörper
7 Hohlzylinderförmiger Schwimmkörper
8 Gitterförmiger flacher Schwimmkörper mit dreieckigen Profilstäben
9 Skala (nach Dichtegraden unterteilt)
10 Strichcode
11 Akkumulatorzelle
12 Gasraum
13 Elektrolytreserveraum
14 Plattenmaterial.Description of the individual parts of theFig. 1-5:
1 Full-volume cylindrical float
2 Flat prismatic float
3rd Axis of rotation
4th Axis of symmetry of the full-volume cylindrical float
5 Liquid surface
6 Extended pointer on the full-volume cylindrical float
7 Hollow cylindrical floating body
8th Lattice-shaped flat float with triangular profile bars
9 Scale (divided by degrees of density)
10th Barcode
11 Accumulator cell
12th Gas space
13 Electrolyte reserve room
14 Sheet material.

Claims

1. Floating liquid density measuring device for the permanent analog measurement of the density of liquids within a predetermined density range, characterized in that a homogeneous cylindrical floating body, the density of which is half the average density value of the predetermined measuring range, via an easily rotatable axis of rotation, which is outside the The axis of symmetry of the homogeneous cylindrical floating body is connected to a homogeneous flat prismatic floating body, the density of which must be at least less than the smallest predetermined measuring range, the distance between the axis of rotation and the axis of symmetry of the homogeneous cylindrical floating body, as well as the point of attachment of the axis of rotation to the homogeneous flat prismatic floating body is selected such that a change in the liquid density in the predetermined measuring range causes the homogeneous cylindrical floating body to rotate about the axis of rotation.

2. Floating liquid density measuring device for permanent analog measurement of Density of liquids within a predetermined density range according to claim 1, characterized in that the homogeneous cylindrical floating body is a homogeneous is hollow cylindrical floating body with thin wall thickness, that in the middle area its length includes an attachment to the axis of rotation.

3. Floating liquid density measuring device for permanent analog measurement of Density of liquids within a predetermined density range according to claim 1, characterized in that the homogeneous flat prismatic floating body is homo gener is flat, lattice-shaped floating body, the bars of which have a triangular profile have and one side of the triangular profile parallel and above that to be measured Liquid runs.

4. Floating liquid density measuring device for permanent analog measurement of Density of liquids within a predetermined density range according to one of the previous claims, characterized in that on a homogeneous flat float, or on a homogeneous flat lattice-shaped floating body two or more identical homogeneous cylindrical floating bodies, or two or more identical homogeneous hollow cylinders shaped floating body are rotatably mounted.

5. Floating liquid density measuring device for permanent analog measurement of Density of liquids within a predetermined density range according to claim 1 and 3, characterized in that on the outer wall of the homogeneous cylindrical Floating body, or on the outer wall of the homogeneous hollow cylindrical floating body is applied a scale divided according to density.

6. Floating liquid density measuring device for permanent analog measurement of Density of liquids within a predetermined density range according to claim 5, characterized in that, in addition to the scale subdivided according to density, on the Outer wall of the homogeneous cylindrical floating body, or on the outer wall a barcode is applied to the homogeneous hollow cylindrical floating body via the the current degree of density of the liquid to be measured with the help of an appropriate Reader can be determined.

7. Floating liquid density measuring device for permanent analog measurement of Density of liquids within a predetermined density range according to one of the previous claims, characterized in that the coefficient of thermal expansion of the homogeneous cylinder shaped float, or the homogeneous hollow cylindrical float and the coefficient of thermal expansion of the homogeneous flat float, or homogeneous flat grid-shaped floating body similar to the thermal expansion coefficient of the liquid to be measured.