DE3021255A1

DE3021255A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der in einer inkompressiblen fluessigkeit enthaltenen luftblasenmenge

Info

Publication number: DE3021255A1
Application number: DE19803021255
Authority: DE
Inventors: Kenichi Toda
Original assignee: POLYURETHAN ENG CO Ltd
Current assignee: POLYURETHAN ENG CO Ltd
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1981-02-19
Also published as: US4329869A; JPS5621036A; DE3021255C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der in einer inkompressiblen Flüssigkeit enthaltenen Luftblasenmenge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der in einer inkompressiblen Flüssigkeit enthaltenen Luftblasenmenge und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der mit einer inkompressiblen Flüssigkeit vermischten Luftblasenmenge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und Anspruch 2. Hierbei wird die Luftblasen enthaltende und zu messende Flüssigkeit in einen geschlossenen Raum eingeführt und dann zwei Mal mit unterschiedlichen Drücken unter Druck gesetzt, um die Luftblasen in der Flüssigkeit zu komprimieren, wobei zwei wahlweise unterschiedliche Flüssigkeitsvolumina erzeugt und die Druckwerte der beiden Flüssigkeiten, die unter verschiedene Drücke gesetzt sind, mittels einer Druckmeßeinrichtung gemessen werden, um die Luftblasenmenge zu bestimmen.

Wenn beispielsweise Polyurethanharz gepreßt bzw. geformt wird, vermischt sich Luft vorläufig mit dem flüssigen Material. Es ist jedoch äußerst schwierig, die mit dem flüssigen Material vermischte Luftmenge genau zu messen.

Vor der Erfindung hat man experimentell versucht, die in einer zu messenden Flüssigkeit enthaltende Luftblasenmenge dadurch zu messen, daß die die Luftblasen enthaltende

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Flüssigkeit unter einen vorbestimmten Druck gesetzt wurde und der Druck dann aufgehoben wurde, um einen Kolben eines Zylinders o.dgl. infolge der gespeicherten Energie, d.h. infolge des Drucks der komprimierten Luftblasen nach oben zu verschieben, wobei dann der Kolbenverschiebeweg gemessen wurde. Bei Versuchen hat sich hierbei ergeben, daß eine exakte Messung der Luftblasenmenge auf diese Weise nicht erreicht wird, da die Luftblasen unter keinen so hohen Druck gesetzt werden können, der ausreichen würde, um den Kolben zu heben. Dies ist auf den großen mechanischen Widerstand von dem Kolben und dem Zylinder zurückzuführen.

Die Erfindung zielt demnach darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die in einer Flüssigkeit enthaltene Luftblasenmenge möglichst genau meßbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art in Verbindung mit den Merkmalen der Kennzeichen von Anspruch 1 und 2 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung wird die zu messende und Luftblasen enthaltende Flüssigkeit zwei Mal unter Druck gesetzt, um die Luftblasen in der Flüssigkeit zu komprimieren, so daß sich wahlweise zwei unterschiedliche Flüssigkeitsvolumina

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ergeben und daß die Drücke der beiden Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Volumina gemessen werden, um die in der Flüssigkeit enthaltene komprimierte Luftblasenmenge zu bestimmen. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Messung ohne eine Beeinflussung durch mechanischen Widerstand des Kolbens und des Zylinders o.dgl. vorgenommen werden kann.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in einem Verfahren und einer Vorrichtung zum messen der in einer Flüssigkeit enthaltenen Luftblasenmenge, wobei die Flüssigkeit in einen geschlossenen Raum eingeleitet und dann zwei Mal mit unterschiedlichen Drücken unter Druck gesetzt wird, um die Luftblasen in der Flüssigkeit mit dem Ziel zu komprimieren, zwei unter unterschiedlichen Drücken stehende Flüssigkeiten zu haben. Die Drücke der beiden Flüssigkeiten werden mit Hilfe einer Druckmeßeinrichtung gemessen, um die Luftblasenmenge zu bestimmen. Die Vorrichtung weist einen Behälter auf, der einen geschlossenen Raum begrenzt, in den die zu messende Flüssigkeit eingeleitet wird. Ferner weist die Vorrichtung einen Zylinder auf, der mit dem geschlossenen Raum verbunden ist und in dem ein Kolben beweglich angeordnet ist. Auch ist eine Druckmeßeinrichtung vorgesehen, die den Flüssigkeitsdruck mißt.

Die Erfindung wird nachstehend, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, an einem Beispiel näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausfuhrungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in Teilschnittdarstellung,

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Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 1 in ihrer ersten komprimierten Stellung, in der in der zu messenden Flüssigkeit enthaltene Luftblasen unter einen ersten Druck gesetzt werden, und

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 1 in ihrer zweiten komprimierten Stellung, in der die Luftblasen unter einem zweiten vom ersten Druck verschiedenen Druck gesetzt werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nach der Erfindung die zu messende Flüssigkeit bzw. das zu messende fließfähige Material, das Luftblasen enthält, in einen geschlossenen Raum 1oA einer Rohrleitung 10 eingeleitet. Der geschlossene Raum 1OA in der Rohrleitung 10 wird von zwei Ventilen 11, ^begrenzt, die in der Rohrleitung 10 vorgesehen sind, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Rohrleitung 10 ist mit einer Flüssigkeitsdruckmeßeinrichtung 15 ausgestattet, die den Flüssigkeitsdruck in dem geschlossenen Raum 1OA mißt. Die Rohrleitung 10 ist mit einem Zylinder 20 versehen, der mit diesem geschlossenen Raum 1OA verbunden ist und in dem ein Zylinderkolben 21 mit einer Kolbenstange 22 gleitend beweglich eingesetzt ist. Die Kolbenstange 22 kann an ihrem oberen Ende mit einem Anschlag 25 verbunden sein, der längs einer holmförmigen Strebe 26 nach oben und unten verschiebbar ist, die sich von der Rohrleitung 10 erstreckt. Durch die Verschiebung der Kolbenstange 22 wird bewirkt, daß sich das Volumen der Luftblasen und demzufolge das Flüssigkeitsvolumen ändert. Der Anschlag 25 kann an der holmförmigen Strebe 26 an irgendeine Stelle unbeweglich festge-

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legt sein. Wenn der Anschlag 25 auf eine Stellung eingestellt ist, ist die nach oben gerichtete Verschiebebewegung der Kolbenstange 22 durch den Anschlag 25 begrenzt. Hierdurch wird erreicht, daß durch die Verschiebung des Anschlags 25 die in der Flüssigkeit in dem geschlossenen Raum 1OA enthaltenen Luftblasen komprimiert werden. Wahlweise und unterschiedliche Flüssigkeitsvolumina kann man dadurch einstellen, daß man die Stellung des Anschlags 25 verändert. In Fig. 1 ist mit 24 eine Luftauslaßöffnung bezeichnet.

Nachstehend wird ein Meßverfahren nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Arbeitsweise der zuvor beschriebenen Vorrichtung näher erläutert.

Zuerst wird der Anschlag 25 wahlweise auf eine gewünschte Stellung a eingestellt (d.h. auf die erste komprimierte Stellung, siehe Fig. 2). Dann wird die zu messende Flüssigkeit in den geschlossenen Raum 1OA unter einem Druck (erster Druck) eingeleitet. Dann wird der erste Druck der eingeschlossenen Flüssigkeit mittels der Flussigkeitsdruckmeßeinrichtung 15 (siehe Fig. 2) gemessen. Der erste so gemessene Flüssigkeitsdruck ist P1 Kg/cm (absoluter Druck) oder etwa o,81 χ 10" bar. Anschließend wird der Anschlag in eine weitere gewünschte Stellung b (zweite komprimierte Stellung) verschoben, die sich von der ersten komprimierten Stellung a unterscheidet und dann wird der zweite Flüssigkeitsdruck an dieser Stelle b mit Hilfe der Druckmeßeinrichtung 15 (Fig. 3) gemessen. Der so erhaltene zweite Flüssigkeitsdruck ist ein durch Expansion erhaltener Druck und

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ist mit P2 gemessen in Kg/cm bzw. 9,81 χ 10 bar (absoluter Druck) bezeichnet, der kleiner als P1 ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Wenn der Verschiebeweg (b-a) des Anschlags 25 (d.h. ein Hubweg des Kolbens 21) gleich Lern, das Volumen des geschlossenen Raums V cm , die Querschnittsfläche des Zylin-

2 3

ders D cm und das Volumen der Luftblasen A cm ist

(wobei 1 atm. = physikalische Atmosphäre = 1/O33 Kg/cm = 1,o13 bar oder 1,o13 χ 1o Pa ist), dann ergibt sich nach dem Boyle¹sehen Gesetz folgende Gleichung.

Ir	033	A	—	L	D	1	,033	A	= L	D
	P2		P1P2			P1
Δ.	A

(D 1,033 (P1 - P2)

Andererseits läßt sich das Volumen V L eines reinen flüssigen Materials, das keine Luftblasen enthält, nach Maßgabe folgender Gleichung bestimmen:

1,033 A
VL = V

P1

Durch Substitution der Gleichung (1) durch die vorstehende Gleichung ergibt sich folgende Gleichung (2):

P2 L D
VL = V - (2)

P1 - P2

Demnach läßt sich die Luftblasenmenge Y (%) nach Maßgabe folgender Gleichung messen, die in der Flüssigkeit enthalten ist:

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-Ιο-

V L + A

X 100

Bei Substitution dieser Gleichung durch die Gleichungen (1) und (2) ergibt sich folgende Gleichung:

P1P2 LD
* γ 1 net ( τ \

1,033 -iV(P1 ^z P2) - P2LD} + P1P2LD

Der in den vorstehenden Gleichungen enthaltende Faktor 1,033 bezieht sich auf den in physikalischen Atmosphären (atm.) gemessenen Druck, wobei 1 atm. = 1,o33 kg/cm = 1,o13 bar oder 1,o13 χ 1o Pa ist. Bei Umrechnung in ein anderes Maßsystem ändern sich demzufolge die Gleichungen in Abhängigkeit von dem Faktor.

2 Mit Y ist ein Volumen in % unter 1 atm. = 1,o33 kg/cm = 1,o13 bar oder 1,o13 χ 1o Pa bezeichnet. Die in einer Flüssigkeit enthaltenen Luftblasenmenge (Vol.-%)unter 1 atm.) läßt sich somit durch Einsetzen der Meßergebnisse von P1 und P2 in die Gleichung 3 ermitteln.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß bei der Erfindung nur die Messung der Flüssigkeitsdrücke mit zwei wahlweisen unterschiedlichen Volumina (d.h. der Druck der komprimierten Luftblasen) erforderlich ist, um die in der Flüssigkeit enthaltene Luftblasenmenge zu bestimmen. Da ferner der Verschiebeweg des Kolbens 21 durch den Anschlag 25 begrenzt ist, ist der Verschiebeweg nur mit L bezeichnet und entspricht dem Verschiebeweg des

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Anschlags 25. Demzufolge kann die Messung ohne die Beeinflussung eines möglichen mechanischen Widerstands von Kolben und Zylinder o.dgl. vorgenommen werden, so daß man ein präzises Meßergebnis ohne Fehler erhält.

Auch ist es möglich, den Anschlag 25 von der Stellung a nach der Messung des ersten Drucks P1 nach unten zu bewegen, um die in der Flüssigkeit enthaltenen Luftblasen weiter zu komprimieren. Hierbei ist der zweite Druck P2 größer als P1 .

Bei der in Anspruch 2 angegebenen Vorrichtung schließlich lassen sich zwei unterschiedliche FlÜssigkeitsvolumina leicht dadurch einstellen, daß man die Einstellung des Anschlags verändert und der Verschiebeweg des Zylinderkolbens kann auf einen vorbestimmten Wert voreingestellt werden. Demzufolge ist diese Vorrichtung äußerst zweckmässig für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

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Claims

Patentanwälte"
München 22 · Steinsdorfstraße 21-22 · Telefon 089 / 22 94 41

KABUSHIKIGAISHA POLYURETHAN ENGINEERING 9-12, 2-chome_f Osaki, Shinagawa-ku, Tokyo-to, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der in einer inkompressiblen Flüssigkeit enthaltenen Luftblasenmenge

Patentansprüche:

(^2J Verfahren zum Messen der in einer inkompressiblen Flüssigkeit enthaltenen Luftblasenmenge, dadurch gekennzeichnet, daß

die Luftblasen enthaltende und zu messende Flüssigkeit in einen geschlossenen Raum eingeleitet wird, der mit einem Zylinder in Verbindung steht, der einen darin befindlichen Kolben hat,

die Flüssigkeit mit unterschiedlichen Drücken zweimal unter Druck gesetzt wird, um die Luftblasen in der Flüssigkeit zu komprimieren und hierdurch zwei unter unterschiedliche Drücke gesetzte Flüssigkeiten zu haben

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ORIGINAL INSPECTED

und die Drücke der beiden Flüssigkeiten gemessen werden, wobei sich die Luftblasenmenge Y (Vol.-%

2 unter 1 atm. = 1.o33 Kg/cm = 1,o13 aus nachstehender Gleichung ergibt:

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unter 1 atm. = 1.o33 Kg/cm = 1,o13 bar = 1,o13 χ 1o Pa)

P1P2LD
^{Y =} 1 .o33 -[V(PI - P2)- P2LD ) + P1P2LD ^X

L ... Verschiebeweg des Kolbens V ... Volumen des geschlossenen Raums D ... Querschnittsfläche des Zylinders

P1,P2 ... gemessene Drücke der beiden Flüssigkeiten.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Behälter (1o), der einen geschlossenen Raum (1öA) begrenzt, in den eine zu messende und Luftblasen enthaltende Flüssigkeit eingeleitet wird, einen Zylinder (2o) der mit dem geschlossenen Raum (1OA) des Behälters (1o) verbunden ist, und in dem ein Kolben (22) beweglich ist und eine Druckmeßeinrichtung (15), die den Flüssigkeitsdruck mißt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen verstellbaren Anschlag (25) aufweist, der mit dem Kolben zur Begrenzung der Bewegung des Kolbens (22) koppelbar ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Anschlag (25) beweglich mit einer holmförmigen Strebe (26) verbunden ist, die parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens (22) verläuft.

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