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Vorrichtung zur statischen Messung der mittleren Dichte einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur statischen Messung der mittleren Dichte
einer Flüssigkeit, die auf der Messung der Höhen der freien Oberfläche der FlÜesigkeit
und der freien Oberfläche einer Bezugsflüssigkeit über einem gemeinsamen Bezugsniveau
basiert.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist folgende kennzeichnende
Merkmale auf: - eine erste Kammer, die an ihrer Basis mit der Basis
des Be -hälters in Verbindung steht, der die Flüssigkeit enthält, deren mittlere
Dichte gemessen werden soll, - Einrichtungen zur Aufrechterhaltung eines
konstanten Bezugsniveaus in der ersten Kammer, welche einen Einlaß und einen Auslaß
für
gasfÖrmiges Fluid im oberen Raum der Knmmer aufweisen, - eine Säule, die
eine Bezugsflüssigkeit enthält, - eine zweite Kammer, die an ihrer
Basis mit der Basis der Säule verbunden ist, - Einrichtungen #,ur Aufrechterhaltung
eines konstanten Bezugsniveaus in der zweiten Kammer, das in gleicher Höhe
wie das der ersten Kammer liegtl wobei diese Einrichtungen einen Einlaß und
einen Auslaß für die Bezugsflüssigkeit aufweisen, - Mittel zur Verbindung
des oberen Raumes des Behälters und des oberen Raumes der Säule ,
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Einrichtungen zur Verbindung der jeweiligen oberen Räume der zwei Kammerng sowie
- Einrichtungen zur Messung des freien Höhenstands einerseits im Behälter
und andererseits in der Säule.
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Da bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Aufrechterhaltung der
Bezugsniveaus auf einem gleichen horizontalen Stand gewährleistet wirdl kann aus
dem einfachen Verhältnis der in dem Behälter und in der Säule gemessenen Höhen der
Flüssigkeiten die Dichte der in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit abgeleitet
wärdeng da es bekannt ist, daß das Verhältnis der Dichten umgekehrt proportional
zu diesem Verhältnis der Höhen ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile
der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die
Zeichnung erläutert; in dieser zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung der mittleren Dichte einer Flüssigkeit
bezüglich einer Bezugsflüssigkeit, und Figur 2 eine schematische Darstellung einer
Ausführungsvariante eines der.Elemente der Vorrichtung nach Fig. 1.
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Figur 1 zeigt einen Behälter 10, der eine Flüssigkeit
11 enthältt deren Dichte gemessen werden soll.
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Das untere Ende des Behälters 10 steht über eine Leitung 14
mit einer Kammer 15 in Verbindung, die einen Schwimmer 16 enthält,
welcher in Abhängigkeit von einem Bezugsniveau 25 eine Klappe 17
steuert,
welche eine Druckluftzuführung über eine Leitung 18 ermÖglicht.
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Eine mit einem Dauer-Luftauslaß 20 versehene Leitung 19 verbindet
den oberen Bereich der Kammer 15 mit dem oberen Teil der
Kammer
21, welche einen Schwimmer 22 aufweist, der in Abhängigkeit von einem
Bezugsniveau 24 eine Klappe 23 steuert, die die Zuführung von Bezugsflüssigkeit
über eine Leitung 26 ermöglicht.
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Die zwei Schwimmer 16 und 22 sind in der Weise geregelt, daß
die
zwei Bezugsniveaus 24 und 25 sich zu jedem Zeitpunkt in einer gleichen vorgegebenen
horizontalen Ebene befinden. Das untere Ende der Kammer 21 ist mit einer Leitung
versehen, welche einen ständigen Wasserabfluß gewährleistet, wobei dieses Wasser
in einen Speisekreis 27 zurÜckkehrt, der mit der Leitung 26 und der
Klappe 23 in Verbindung steht.
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Das untere Ende dieser Kammer*Iist noch mit einer anderen Leitung
28 versehen, die mit dem unteren Teil einer Säule 29 in Verbindung steht,
welche eine Bezugsflüssigkeit 33 enthält. Das Niveau 30 dieser FlÜssigkeit
kann mittels eines Aufnehmers oder Fühlers 31 festgestellt werden.
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Die oberen Teile des Behälters 10 und der Säule 29 sind durch
eine Leitung 32 verbunden, um sicherzustelleng daß über den zwei Flüssigkeiten
11 und 33 der gleiche Druck herrscht.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Nimmt die Flüssigkeit
11, deren Dichte gemessen werden sollg in dem Behälter
10 einen HÖhenstand
12 ein, so bringt der Schwimmer
16 die Klappe
17 auf einen derartigen
Öffnungegrad, daß die Zufuhr von Druckluft über die Leitung
18 über der Oberfläche
25
der Flüssigkeit einen Gegendruck von solchem Wert gewährleistetg daß diese
Oberfläche
25 auf einem konstanten Niveau bleibt, und zwar unter BerÜcksichtigung
des ständigen Luftabflusseig bei 20.
| Gleichzeitig bewirkt die Speisung der Kammer 21 in der
Säule 29 |
| die Errichtung |
| eines derartigen Niveaus 30 der Bezugsflüssigkeit |
333 daß der Druck in Höhe der Oberfläche 24 den Luft-Gegendruck ausgleic14
der sich über die Leitung
19 über dieser Oberfläche 24 auf den gleichen Wert
wie über der Oberfläche
25 einstellt. Der Schwimmer 22 verleiht dabei der
Klappe
23 einen solchen
Öff-
nungsgrad, daß das Niveau 24 konstant
bleibt, und zwar unter Berücksichtigung des ständigen Abfließens von Bezugsflüssigkeit
durch 34.
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Die Regelung und die Abmessungen der Klappen 17, 23 und der
Schwimmer 16, 22 sind in geeigneter Weise vorgegeben, um zu gewährleistent
daß die Höhenstände 25 und 24 in der gleichen Horizontalebene liegen, die
das Bezugsniveau bildet.
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Die Höhe des Niveaus 30 der Bezugsflüssigkeit 33 wird
durch den Abnehmer, bzw. die Meßeinrichtung 31 ermittelt.
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--ule Hölle des Niveaus 12 der Flüssigkeit 11, deren mittlere
DichtE gemessen werden soll, ist durch den Abnehmer, bzw. die Meßeinrichtung
13 gegeben.
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Diese zwei Meßwerte genÜgen, um die Höhen über dem festen Bezugsniveau
24-25 der zwei Flüssigkeiten in der Weise zu bestimmen, daU daraus die mittlere
Dichte der Flüssigkeit
11 abgeleitet werden kann, da das Verbältnis der Dichten
der zwei Flüssigkeiten umgekehrt proportional zum Verhältnis ihrer Höhen über dem
Bezugsniveau let.
Vorzugsweise wird als BezugsflÜssigkeit destilliertes
Wasser verwendet, das rezirkuliert wird und dessen Temperatur auf einige Grade genau
geregelt wird.
| sich ändert, ist der |
| Wenn/das Niveau 12 Eleia/tegendruck der Luft über der Fläche
25 |
| ä?&Elee41 Ise- 4-inwa-nicht mehr an
den neuen Wert des Niveaus |
12 angepaßt, was normalerweise eine Änderung des Niveaus
25 der Flüssigkeit
in der
Kammer 15 bewirkt. Der Schwimmer
16 wirkt auf die Klappe
17 ein und ändert die Luftzuführung, was zur Folge hat, daß der Gegendruck
auf den Wert des Niveaus 12 in der Weise eingeregelt wird, daß das Niveau
25 in die Ebene des Bezugsniveaus zurückgeführt wird.
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Dieser sich gleichzeitig in der Kammer 21 einstellende Gegendruck
bewirkt eine Änderung des Niveaus 24, und der Schwimmer 22 wird dnnn wirksam, um
die WasserzufÜhrung durch die Leitung 26 zu ändern und betätigt die Klappe
23 in dem erforderlichen Maße, um das Niveau 30 von neuem in die Ebene.des
Bezugsniveaus zu bringen. Bei einer Ausführungsvariante der beschriebenen Vorrichtung
kann die Regelung der Bezugsniveaus in der Weise erfolgen, daß gleichzeitig auf
den Auslaß und den Einlaß der Fluide mittels Dreiwegeklappen eingewirkt wird, die*durch
die Schwimmer gesteuert sind.
In dem beschriebenen Beispiel wird
die mittlere Dichte der Flüssigkeit 11 für ihr gesamtes Volumen gemessen"
d.h. für das Volumen zwischen ihrer freien Oberfläche 12 und der Ebene des Bezugsniveaus
24-25. Erforderlichenfalls kam die mittlere Dichte der Flüssigkeit 11 entsprechend
horizontaler, scheibenförmiger Abschnitte gemessen werden, die zwischen der freien
Oberfläche 12 der Flüssigkeit und einer beliebigen Höhe ausgehend von der Basis
des Behälters liegen, in.#dem die Kammern 15 und 21.vertikal in der
Weise verschoben werden, daß die Ebene des Bezugsniveaus 24-25 auf das Niveau des
unteren Höhenstandes dieses horizontalenl scheibenförmigen Abschnittes gebracht
wird. Gemäß einer in Fig. 2 dargestellten AusfÜhrungsvariante der Erfindung kann
das Niveau 24 in der Kammer 21 mittels eines Überlaufs 35 konstant
gehalten werden, der auf den Höhenstand des Bezugsniveaus geeicht bzw. festgelegt
ist. Die Bezugsflüssigkeit fließt in einen Raum 36, wobei eine Umwälzpumpe
37 gewährleistet, daß das Niveau 24 auf der Höhe des Überlaufs
35, d.h. in der Bezugsebene, gehalten wird. Dem Überlauf wird eine ausreichende
ÜberstrÖmlänge gegeben werden, damit das Niveau 34 auf einer im wesentlichen konstanten
Höhe bleibt, und zwar trotz der Durchflußänderungen der Pumpe, wenn es sich bei
dieser Pumpe nicht um eine volumetrische Pumpe handelt.
Selbstverständlich
kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden.
So könnte beispielsweise eine Niveau-Regelschleife mit einem Korrekturkreis anstelle
des einfachen Schwimmernadelsystems vorgesehen werden.