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Flüssigkeitsmesser mit einem in Abhängigkeit von der Dichte gesteuerten
Servomotor Flüssigkeitsmesser zur Bestimmung einer Gas-oder Flüssigkeitsmenge in
Abhängigkeit von der Anzahl der Füllungen und Entleerungen eines Behälters bestehen
im allgemeinen ans einem Meßraum, welcher abwechselnd mit der Flüssigkeit gefüllt
und dann entleert wird wobei die die Füllung und Entleerung des Meßraums bewirkende
Vorrichtung, z. B. eine Pumpe, einen Zähler steuert, der die Anzahl der Füllungen
und Entleerungen des Met raums regilstriert.
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Die Genauigkeit des auf diese Weise erzielten Meßergebnisses hängt
naturgemäß davon ah, daß die in den Meßraum eintretende Flüssigkeit immer dasselbe
spezifische Gewicht, d. h. dieselbe Dichte, hat. Dies ist aber schon wegen der sich
ändernden Temperatur nicht möglich, und das in Abhängigkeit von der Temperatur sich
ändernde spezifische Gewicht macht sich insbesondere bei dem Messen leichtflüchtiger
Flüssigkeiten mit unregelmäßigem Ausdehnungskoeffizienten, wie Erdölen, ätherischen
Ölen, Mazut und Alkoholen sehr störend bemerkbar.
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Aber nicht nur mit der Temperatur, sondern auch mit der Erdbeschleunigung
ändert sich die
Dichte erheblich. Diese Tatsache erhält praktische
Bedeutung, wenn beispielsweise ein in einem Hafen der Äquatorgegend beladenes Tankschiff
im hohen Norden wieder entladen wird. Infolgedessen muß zur Feststellung des Gewichtes
der Ladung, sofern man sich dazu eines volumetrischen Meßverfahrens bedient, die
veränderte Dichte der Flüssigkeit berücksichtigt werden.
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Es sind bereits Flüssigkeitsmengenmesser bekannt, welche das Registrieren
des Gewichtes der gemessenen Flüssigkeit nach volumetrischen Meßverfahren ermöglichen,
indem sie eine Vorrichtung zur von der Dichte der Flüssigkeit abhängigen Berichtigung
des Muß ergebnisses aufweisen, welche aus einem Schwimmer besteht, der eine zwischen
das in einem Meßraum bewegte Glied und das Zählwerk eingeschaltete veränderliche
Übersetzung steuert. Diese Messer sind, weil sie eine Berichtigungseinrichtung mit
Schwimmer besitzen, der unmittelbar auf eine Zählwerksübersetzung einwirkt, und
die deshalb möglichst leicht und nur geringe Verstellkräfte verbrauchend, ausgeführt
sein muß, nicht für den groben Entladebetrieb im Hafen geeignet. Daher wurde in
bekannter Weise die Anordnung so getroffen, daß durch den Schwimmer ein Servomotor
gesteuert wird, welcher ausreichend Kräfte zum Betätigen eines für rauhen Betrieb
geeigneten Hebelwerkes zum Einstellen des der Dichte entsprechenden Übersetzungsverhältnisses
am Zählwerk aufbringt. Mit der Verwendung eines Servomotors ergibt sich die Aufgabe,
eine geeignete Antriebskraft für den Motor zu finden.
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Es ist bereits vorgeschlagen, eine zum verhältnisgleichen Zusetzen
von Flüssigkeiten oder Gasen zu einem zu behandelnden Flüssigkeitsstrom dienende
Pumpe, welche durch eine die Durchflußmenge der betreffenden Flüssigkeit messende
Vorrichtung gesteuert wird, durch das Druckgefälle dieser Flüssig keit in der Meßvorrichtung
zu betreiben.
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Demgegenüber betrifft die Erfindung einen Flüssigkeitsmengenmesser,
bestehend aus einem das Meßergebnis in Abhängigkeit von der Dichte der Flüssigkeit
berichtigenden Schwimmer, welcher mittels eines Servomotors eine zwischen das in
einem Meßraum veränderlicher Größe bewegte Glied und das Zählwerk eingeschaltete
veränderliebe Übersetzung steuert, und besteht, darin, daß der Servomotor durch
den Druckunterschied zwischen der in die Vorrichtung eintretenden und der aus ihr
austretenden Flüssigkeit angetrieben wird.
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Sie besteht ferner in Einrichtungen, die bei Umkehr der Strömungsrichtung
im Volumenmeßgerät die zum Servomotor führenden Flüssigkeitsleitungen derart selbständig
umschalten, daßt der Vruckunterschied immer in gleichem Sinn auf das Arbeitsglied
des Servomotors einwirkt.
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Demgegenüber soll hei der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Änderung
der Dichte der zu messenden Flüssigkeit unabhängig von der Menge bzw. der Geschwindigkeit
der durch die Vorrichtung strömenden Flüssigkeit berücksichtigt werden; diese Änderung
der Dichte wirkt auf den Schwimnier ein, welcher den die veränderliche Übersetzung
steuernden Servomotor beeinflußt, während die das arbeitsleistende Glied des Servomotors
antreibende Kraftquelle durch die Druckdifferenz zwischen der in die Vorrichtung
eintretenden und der aus ihr austretenden Flüssigkeit gebildet ist, so daß hier
keine Hilfskraftquelle für diesen Zweck erforderlich ist, wie bei der bekannten
Vorrichtung.
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Falls es sich um eine in beiden Richtungen wirksame Meßvorrichtung,
insbesondere mit umsteuerbarer Pumpe, handelt, kann man gemäß der weiteren Erfindung
eine Umkehrvorrichtung vorsehen, welche ermöglicht, daß der Flüssigkeitsdruck trotz
der Umkehrung der Strömungsrichtung der Flüssigkeit immer im selben Sinn auf das
Arbeitsglied des Servomotors einwirkt.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des Flüssigkeitsmessers mit
sämtlichem Zubehör; Fig. 2 zeigt eine Einzelheit des Servomotors; Fig. 3 zeigt das
Übersetzungsgetriebe.
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Das durch den Druck der Meßflüssigkeit angetriebene Meßgerät 1 ist
in eine Rohrleitung 2, 3 eingebaut. Die Bewegung der Welle 4 des Meßgerätes wird
über die Welle 6, das Schneckengetriebe 7 und ein weiter unten zu beschreibendes
Übersetzungsgetriebe auf den Gewichtszähler 5 übertragen. D'ie Rohrleitung2, 3 ist
mit einem Behälter 8 verbunden, der auch von der Rohrleitung selbst gebildet sein
kann, welcher ganz mit Flüssigkeit gefüllt ist und in dessen Innern sich der Schwimmer
9 befindet. Der Schwimmer ist bei 10 am einen Ende eines rechtwinklig gebogenen,
um eine Rolle 113 schwenkbaren doppelarmigen Hebels aufgehängt, dessen anderes Ende
das Gegengewicht 14 trägt.
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Dieser Schwimmer 9 bewirkt die Regelung der' Übersetzung des Übersetzungsgetriebes
zwischen dem Meßgerät 1 und dem Gewichtszähler 5 mittels eines Servomotors, da zwecks
Sicherstellung der höchsten Empfindlichkeit der Regelung vom Schwimmer 9 selbst
nur eine minimale Arbeitsleistung abgenommen werden darf.
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Der Servomotor besteht aus einem Zylinder 15, in welchem zwei durch
eine Stange 18 verbundene Kolben 16, 17 verschiebbar sind. Zwecks Verstellung dieser
Kolben 16, 17 entsprechend den Bewegungen des Schwimmers. g stehen die beiden Enden
32', 33 des Zylinders 15 mittels Leitung 71, 72 mit den Rohrleitungen 19 und 20
in Verbindung, welche ihrerseits zu beiden Seiten des Meßgerätes 1 an die Rohrleitung
2, 3 angeschlossen sind. D'ie beiden Rohrleitungen 19, 20 münden in einen kleinen
Zylinder 21, welcher einen aus zwei Kolbenæ, 23 bestehenden Schieber enthält. Die
gemeinsame Kolbenstange 24 dieser beiden Kolben ist bei 25 an einen Hebel 10-26
angelenkt, welcher durch den Schwimmer 9 betätigt wird. Die Rohrleitung 19 führt
mittels Abzweigungen 73, 74 an beide Enden des Zylinders 21, während die Rohrleitung
2o mittels der Abzweigung 75 in die Mitte des Zylinders 21 mündet. Vom Zylinder
21 führen zwei Leitungen 27 und 28 zur Verteilerkammer 29, welche ebenfalls mit
einem aus zwei Kolben 30, 31
bestehenden Schieber versehen ist.
Diese Kammer hat die Aufgabe. di'e Verbindung zwischen den Leitungen 27, 28 und
7£, 72 jeweils derart zu wechseln, daß unabhängig von der Strömungsrichtung der
Flüssigkeit in der Rohrleitung 2, 3 das cine Ende des Zylinders 15 immer mit der
vor dem Meßgerät befindlichen Flüssigkeit und das andere Ende des Zylinders immer
mit der hinter dem Meßgerät befindlichen Flüssigkeit in Verbindung steht.
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Die Steuerung des Wendeschiebers 30, 31 geht folgendermaßen vor sich:
Die Stange 34 ist mit einer in einer Kammer 36 befindlichen Membran 35 verbunden,
welche die Kammer 36 in eine obere und eine untere Hälfte teilt. D'ie obere Hälfte
der Kammer 36 steht über die Abzweigleitung 76 mit der Leitung 19 und die untere
Hälfte derselben über die Zweigleitung 77 mit der Leitung 20 in Verbindung.
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Angenommen, daß die Flüssigkeit in der Leitung 2, 3 in der durch
den Pfeil 37 gezeigten Richtung strofmt, wirkt der höhere Druck der vor dem Meßgerät
1 befindlichen Flüssigkeit über die Leitung I9 auf die obere Seite der Membran 35,
so daß sich die Membran nach unten durchbiegt. Infolgedessen verbindet der Wendeschieber
30, 31 die Leitung 27 mit dem oberen Ende 32 des Zylinders I5 und die Leitung 28
mit dem unteren Ende 33 desselben, wie dies in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet
ist. Falls sich die Strömungsrichtung der Flüssigkeit in der Rohrleitung 2, 3 umkehrt,
so wirkt der höhere Druck über die Leitung 20 auf die Unterseite der Membran 35,
welche dann die in der Fig. 2 gezeigte Stellung einnimmt. Infolgedessen wird der
Wendeschieber in die in der Fig. 2 gezeigte Stellung gebracht und verbindet nunmehr
die Leitung 27 mit dem unteren Ende 33 des Zylinders £5. und die Leitung 28 mit
dem oberen Ende 32 desselben.
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Zwecks Erzielung des Zusammenwirkens der Kolben 16, 17 mit dem Schwimmer
9 ist das Ende 26 des am Schwimmer befestigten und bei 95 an die Stange 24 angelenkten
Hebels mit einem zweiten Hebel verbunden, welcher um einen zum Punkt 25 symmetrisch
gelegenen Punkt 39 schwenkbar ist und mit seinem anderen Ende 38 in der Mitte der
Stange I8 angreift.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist nun wie folgt: Der Schwimmer
9 und sein Gegengewicht 14 sind so angeordnet, daß im Falle der Füllung des Behälters
8 mit einer Flüssigkeit mittlerer Dichte, z. B. Erdcl oder Mazut von mittlerer Dichte,
der Arm 1 1 sich horizontal einstellt. Hierbei ist also der andere Arm I2 vertikal,
und das Gegengewicht 14 ist daher in bezug auf den Schwimmer 9 wirkungslos. Äv"effn
nun der Behälter 8 mit einer Flüssigkeit größerer Dichte gefüllt wird, steigt der
,Schwimmer nach oben, und zwar so lange, bis sein auf das Ende des Armes £1 ausgeübter,
nach oben gerichteter Druck durch den nach unten gerichteten Druck des Gewichts
des Gegengewichts 14 ausgeglichen wird. Dabei nimmt also der Schwimmer und das Gegengewicht
etwa die in der Zeichnung mit vollen Linien dargestellte Stellung ein. Wenn andererseits
der Behälter 8 mit einer Flüssigkeit geringererDichte gefüllt wird, so sinkt derSchwimmer
so lange, bis sein auf das Ende des Hebels 1 1 ausgeübter, nach unter gerichteter
Druck durch den ebenfalls nach unten gerichteten Druck des Gegengewichts. £4 ausgeglichen
wird, wobei dann Schwimmer und Gegengewicht etwa die gestrichelt gezeichnete Stellung
£09, 1 £4 einnehmen. Jeder Flüssigkeitsdichte entspricht also eine bestimmte Gleichgewichtslage
des Schwimmers und des Gegengewichts.
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Es ist nun ohne weiteres ersichtlich, daß die Stellung der Kolben
£6. I7 immer der jeweiligen Stellung des Schwimmers 9 entsprechen wird. Falls sich
also der Schwimmer in der Stellung 109 befindet und die Kolben 16, 17 dementsprechend
ebenfalls ihre untere Stellung 1 £6, 1 £7 einnehmen, so wird sich bei Erhöhung der
Dichte der Flüssigkeit durch die Bewegung des Schwimmers nach oben die Stange 24
heben, so daß der Schieber 22, 23 nach oben geschoben wird. Der Druck der vor dem
MeB-gerät 1 befindlichen Flüssigkeit wird daher über die Leitungen 19-74, 28 und
72 auf die Unterseite 33 des Zylinders I5 übertragen, während der Druck der hinter
dem Meßgerät befindlichen Flüssigkeit über die Leitungen 20, 75 27 und 7I auf die
Oberseite 32 des Zylinders I5 einwirken wird.
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Da der Druck der vor dem Meßgerät befindlichen Flüssigkeit höher
ist als derjenige der hinter dem Meßgerät befindlichen Flüssigkeit, werden die Kolben
£6, 17 angehoben, bis infolge der dadurch verursachten Abwärtsbewegung des Gelenks
26 die Kolben 22, 23 vor die Mündungen der Leitung 27, 28 geschoben werden und diese
dadurch gegen direRohrleitung 2, 3 absehließen. Nach Wiederherstellung des Gleichgewichts
befinden sich die Kolben 16, 17 infolge ihrer Verbindu'ng mit den Teilen 10, 26,
38, 39 und 22-23 wieder in der der Stellung des Schwimmers entsprechenden Lage.
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Auf diese Weise ist also zwischen dem Schwimmer 9 und den Kolben
16, 17 ein genaues Abhängigkeitsverhältnis geschaffen, welches infolge der Wirkung
des Wendeschiebers 30, 31 immer in gleicher Weise bestehenbleibt, gleichgültig,
wie die Strömungsrichtung der Flüssigkeit in der Rohrleitung 2, 3 ist.
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Zwischen dem Meßgerät 1 und dem Gewichtszähler 5 ist, wie bereits
erwähnt, eine veränderliche Übersetzung eingeschaltet. Die Schnecke 7 steht mit
einem Schneckenrad 40 in Eingriff, welches seinerseits mit dem Zahnrad 42 kämmt
und dieses in Drehung versetzt, falls sein Drehsinn dem Pfeil 43 entspricht. Die
beiden genannten Zahnräder sind miteinander durch Arme 41 verbunden, welche am Rad
40 mit sanftem Druck anliegen, so daß das Rad 42 bei Drehung des Rades 40 im Drehsinn
geschwenkt wird. In der Nähe des Zahnrades 42 ist ein weiteres Zahnrad 44 vorgesehen,
welches mit einer Kurbel 45 fest verbunden ist. In die Kurbel 45 ist eine federnde
Kurbelstange 46 angelenkt, welche aus einem zylindrischen Teil 46 besteht, in welchem
eine Feder 47 vorgesehen ist, deren oberes
Ende sich gegen den Kolben
49 einer Stange 48 stützt. Die Stange 48 ist bei 50 an eine Schwinge 5 r angeLenkt,
die auf der Achse 52 eines Zahnrades 53 drehbar gelagert ist. Die Schwinge 5I ist
mit einer Raste 54 versehen, welche in die Zähne des Zahnrad es 53 eingreift.
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Es ist ersichtlich, daß hei dem Kämmen der Zahnräder 42 und 44 das
System 45-48 eine Schwingung des Armes 5I bewirkt, wobei dieser bei jeder Abwärtsbewegung
das Zahnrad 53 mittels der Raste 54 mitnimmt. D(a die Kurbelstange 46-48 aus zwei
ineinandergleitenden Teilen gebildet ist, ist es möglich, den Schwingungswinkel
des Armes 5 r und infolgedessen auch die Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrades
53 zu regeln, indem die Länge der Kurbelstange 46r48 während ihrer Aufwärtsbewegung
verändert wird. Zu diesem Zweck ist in der Mitte der die Kolben I6 und I7 miteinander
verbindenden Stange I8 mit seinem Ende 55 ein Hebel angelenkt, der bei 57 drehbar
gelagert ist und an seinem anderen Ende 56 mit einer Stange 58 verbunden ist. Das
andere Ende der Stange 58 ist mit dem Ende einer auf der Achse 521 des Zahnrades
53 gelagerten kleinen Schwinge 59 verbunden, deren anderes Ende 61I sich gegen einen
Ansatz 6Q der Schwinge 5I legt. Durch diese Anordnung wird bei der gezeichneten
Stellung der Kolben £6, 17 verhindert, daß die Schwinge 5I sich weiter nach oben
hebt und infolgedessen wie die Kurbelstange 46-48 unter Zusammenpressung der Feder
47 verkürzt.
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Wenn sich die Kolben hei dem Durchfluß von Flüssigkeit geringer Dichte
senken, so senkt sich das Ende 6I der Schwinge 59 lebenfalls, und die Kurbelstange
46-48 wird noch weiter verkürzt. Infolgedessen wird also die Rotationsgeschwindigkeit
des Zahnrades 53 und damit auch diejenige des die Drehung desselben auf dem Gewichtszähler
5 übertragenen Zahnrades 78 vermindert, so daß also die Rotationsgeschwindigkeit
des Zählers 5 mit abneh-- mender Dichte der durch das Meßgerät fließenden Flüssigkeit
abnimmt.
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Die Welle der Schnecke 7 betätigt unmittelbar ein Tachometer 62,
welches in beiden Drehrichtungen wirksam ist und die stündliche Durchflußmenge an
Flüssigkeit in beiden Richtungen anzeigt. Weiterhin wird mittels des Zahnrades 44,
das sich mit einer von der Drehzahl der Welle 4 des Meßgeräts abhängigen Geschwindigkeit
dreht, über die Zahnräder 63 und 64 sowie über die Welle 65 ein Zählwerk 66 zum
Anzeigen der gesamten durchfließenden flüssigkeitsmenge betätigt.
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Es kommt erfahrungsgemäß oft vor, daß im Eirdöl-oder Mazutbehälter
zu den Flüssigkeiten Wasser oder andere leichte' Flüssigkeiten in mehr oder minder
großen Mengen beigemischt werden.
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D'ie Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nun so gestaltet, daß sie
den Durchgang einer Flüssigkeit von bestimmter Dichte durch das Meßgerät 1 anzeigt
und ihre jeweilige Durchflußmenge sowie die Gesamtmenge angibt. Zu diesem Zweck
ist das Zahnrad 63 über eine Kupplung 68 mit einem Zählwerk 67 zum Anzeigen der
gesamten durchflieBenden Flüssigkeitsmenge dieser bestimmten Dichte verbunden. Die
Kupplung dient dazu, dieses Zälilwerk nur bei dem Durchgang von Flüssigkeit der
vorausbestimmten Dichte einzuschalten, und sie wird mittels eines Armes 79 des Hebels
55, 56 durch die Kolben 16, 17 gesteuert. Bei der in der Zeichnung dargestellten
Einrichtung wird die Kupplung 68 und damit das Zåhlwerk 67 nur eingeschaltet, wenn
die Kolben 16, 17 ihre höchste Stellung einnehmen, d. h. wenn Flüssigkeit höchster
Dichte durch das Meßgerät 1 fließt.
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Der Hebel 55, 56 schließt gleichzeitig mit der Einrückung der Kupplung
68 einen elektrischen Kontakt welcher den Stromkreis eines Signalinstrumentes 70
schließt.
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In der Mehrzahl der Fälle ist es wünschenswert, die dem an die Vorrichtung
angeschlossenen Behälter zufließenden und die von ihm abfließenden Flüssigkeitsmengen
getrennt zu registrieren. Zu diesem Zweck ist der gesamte im oberen Teil der Zeichnung
dargestellte Zählersatz 5, 66, 67 mitsamt dem dazugehörigen Übersetzungsgetriebe
in summanscher Anordnung nochmals vorhanden, und die Betätigung dieses zweiten Satzes
von Zählern IO5, I66 und I67 erfolgt mit Hilfe des Zahnrades £44, welches mit Bezug
auf das Zahnrad 40 symmetrisch zum Zahnrad 44 angeordnet ist. Sobald also das Zahnrad
42 hei Drehung des Zahnrades 40 entgegen dem Sinn des Pfeiles 43 infolge der Umkehrung
der Strömungsrichtung der Flüssigkeit in der Rohrleitung 2, 3 nach unten geschwenkt
wird (Fig. 3) kommt es mit dem Zahnrad £44 in Eingriff und treibt die Zählwerke
105, 166 und £67 an.
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Die dargestellte Hebelsteuerung des Schiebers 22, 23 kann durch eine
einfache oder wechselweise wirkende Kreissteuerung ersetzt werden.
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Schließlich kann die Dichte der jeweils durch das Meßgerät strömenden
Flüssigkeit mittels eines am Hebel 55, 56 befestigten und vor einer entsprechend
eingestellten Skala bewegten Zeigers angezeigt werden.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Vbrrichtung entspricht
allen Anforderungen, da sie alle im folgenden aufgezählten Aufgaben löst: a) Messen
und Anzeigen des Gewichts und der Menge der vornehmlich in Betracht kommenden Flüssigkeit;
b) Anzeigen des Durchfließens einer anderenFlüssigkeit von bestimmter Dichte mittels
eines Signals; c) Messen und Anzeigen der Menge dieser anderen Flüssigkeit; d) getrennte
Messung und Anzeigen des Gewichts und der Menge der in beiden Richtungen durchfließenden
Flüssigkeit; e) Anzeige der jeweiligen Strömungsrichtung der Flüssigkeit; f) -unmittelbare
Anzeige der jeweiligen stündlichen Durchflußmenge ; g) Messen und Registrieren des
wahren Gewichts der durchfließenden Flüssigkeit unabhängig von der geographischen
Breite ; h) Anzeigen der Dichte der durchfließenden Flüssigkeit.