Vorrichtung zur separaten Feststellung geringer Mengen von suspendiertem festem Material und emulgierten Flüssigkeitspartikeln in einer Flüssigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Feststellung geringer Mengen von suspendiertem festem Material und emulgierten Flüssigkeitspartikeln in einer Flüssigkeit, insbesondere zur Feststellung von festem Material und von Wasser, welche in flüssigen Kohlenwasserstoffen, z. B. Flugzeugkerosin, suspendiert bzw. emulgiert enthalten sind.
Die Bedenken hinsichtlich des Vorhandenseins von Wasser und festen Verunreinigungen in Flugzeugtreibstoffen sind wohl bekannt, und es ist deshalb erwünscht, den in ein Flugzeug getankten Treibstoff kontinuierlich und quantitativ auf das Vorhandensein von festen Verunreinigungen und/oder Wasser zu kontrollieren.
Im britischen Patent Nr. 886 758 ist eine Vorrichtung zur Feststellung von Flüssigkeitspartikeln, welche in einer anderen Flüssigkeit emulgiert enthalten sind, mit Hilfe der Lichtabsorption beschrieben. Die Vorrichtung gemäss der Erfindung bezieht sich auf eine andere Ausführung der Vorrichtung nach dem britischen Patent Nr. 886 758. Die in der zu prüfenden Flüssigkeit emulgiert enthaltenen Flüssigkeitspartikel sollen in der gleichen Weise unter Zuhilfenahme der Lichtabsorption, wie im britischen Patent Nr. 886 758, während die festen Partikel auf eine andere Art festgestellt werden können.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Leitung für die zu untersuchende Flüssigkeit, welche sich in zwei Zweigleitungen teilt, Mittel zum Erwärmen der Flüssigkeit in der einen der Zweigleitungen, eine Kammer in jeder dieser Zweigleitungen, je eine an jeder dieser Kammern angeordnete photoelektrische Zelle, eine Lichtquelle, welche befähigt ist, separate Lichtstrahlenbündel durch beide Kammern zu senden, Mittel zum Vergleichen der Lichtabsorption in den beiden Kammern, Mittel zum Messen der Lichtzerstreuung in der Kammer der erwärmten Zweigleitung, welch letztere Mittel eine weitere, an der genannten Kammer, aber nicht auf dem direkten Wege des Lichtstrahlenbündels andeordnete photo elektrische Zelle besitzen.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Durchfluss-Schema der zu prüfenden Flüssigkeit durch eine Vorrichtung zur separaten Feststellung geringer Mengen von suspendiertem festem Material und emulgierten Flüssigkeitspartikeln in einer Flüssigkeit,
Fig. 2 eine elektrische Brückenschaltung zum Messen der Änderungen der Lichtabsorption, verbunden mit einer Alarmvorrichtung für die in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,
Fig. 3 eine elektrische Brückenschaltung zum Messen der Lichtzerstreuung für die in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,
Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch einen Luft/ Dampf-Abscheider der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
Fig. 5 einen Querschnitt durch den Luft/Dampf-Abscheider nach der Fig. 4 auf der Höhe des Einlaufstutzens, und
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung, zum Teil aufgeschnitten, eines Dispergators der Vorrichtung nach der Fig. 1.
Die Menge emulgierter Flüssigkeit, welche unter Verwendung der Vorrichtung gemessen werden kann, ist begrenzt durch die Lösbarkeit der emulgierten Flüssigkeit in der zu prüfenden Flüssigkeit bei einer Temperatur, bei welcher eine merkliche Verdampfung der niedriger siedenden Flüssigkeit beginnt. Im Falle von Wasser, welches in Flugzeugkerosin emulgiert enthalten ist, kann die Vorrichtung zweckmässig verwendet werden, um Mengen von bis zu 500 Teilen emulgierten Wassers pro Million Teile Kerosin zu messen.
Vorzugsweise wird zur Erwärmung der Flüssigkeit in der einen Zweigleitung eine Heizvorrichtung verwendet, welche imstande ist, den durchfliessenden Flüssigkeitsstrom auf eine Temperatur zu erwärmen, bei welcher alle emulgiert enthaltene Flüssigkeit gelöst wird. In dieser Weise wird der erwärmte Flüssigkeitsstrom ein Bezugsstrom und die Wirkung des Unterschiedes der Lichtabsorption in den Kammern der beiden Zweigleitungen, welcher durch andere Faktoren, z. B. die Gegenwart irgendwelcher Fremdkörper, bedingt ist, wird eliminiert. In dieser Weise kann eine quantitative Bestimmung des Totales der emulgierten Flüssigkeit erzielt werden.
Die zu prüfende Flüssigkeit wird vor dem Messen der Lichtabsorption zweckmässig unter normalen Bedingungen kräftig durchwirbelt, so dass alle emulgierten Flüssigkeitspartikel auf einen Grössenbereich dispergiert werden, welcher von Probe zu Probe reproduzierbar ist.
Da die Lichtabsorption sich mit der Partikelgrösse ändert, erleichtert dies die Wiederholbarkeit und verhindert irgendwelche Anderung der Teilchengrösse von Probe zu Probe.
Die Vorrichtung besitzt deshalb mit Vorteil mindestens einen Dispergator, welcher vor der Lichtabsorptionskammer angeordnet ist. Eine besonders geeignete Ausführung des Dispergators weist eine Scheibe mit gezahntem Rand auf, welche in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei der freie Zwischenraum zwischen dem gezahnten Rand dieser Scheibe und der Innenwand des Gehäuses so bemessen ist, dass die verlangte Teilchengrösse erhalten wird. Ein solcher Dispergator kann z. B. entsprechend einer Zentrifugalpumpe gebaut sein, deren Pumpenrand durch die genannte Scheibe mit gezahntem Rand ersetzt ist. Der Dispergator soll so betrieben werden, dass er kein wesentliches Ansteigen der Temperatur der zu prüfenden Probe bewirkt.
Die Temperatur kann in der Weise gesteuert werden, dass die zu prüfende Flüssigkeit im Überschuss durch den Dispergator geleitet und die überschüssige Flüssigkeit von der Austrittsseite des Dispergators abgeleitet wird. Die Menge der überschüssigen Flüssigkeit soll genügend gross sein, um alle im Dispergator erzeugte Wärme abführen zu können. Der Dispergator wird zweckmässig in der die zu prüfende Flüssigkeit zuführenden Leitung vor deren Verzweigung und vorzugsweise vor dem nachstehend beschriebenen Luft/Dampf-Abscheider angeordnet.
Zweckmässig besitzt die Vorrichtung einen oder mehrere Luft/Dampf-Abscheider, mittels welchem oder welchen alle Luft- und/oder Dampfblasen, welche die Lichtabsorption oder die Lichtzerstreuung beeinträchtigen könnten, aus der zu prüfenden Flüssigkeit ausgeschieden werden. Dieser Behandlung durch den oder die Luft/Dampf-Abscheider soll das zu prüfende Material unterworfen werden, bevor es in die Lichtabsorptionsund die Lichtzerstreuungskammer eintritt. Zweckmässig wird diese Behandlung des zu prüfenden Materials vorgenommen, bevor sich dieses in zwei Ströme teilt, und vorzugsweise nachdem es den Dispergator durchflossen hat.
Es wurde jedoch gefunden, dass es sehr zu wünschen ist, den beheizten Flüssigkeitszweigstrom auch durch einen LuftlDampf-Abscheider zu leiten, welcher zwischen der Heizvorrichtung und vor dem Eintritt in die Lichtabsorptionskammer angeordnet ist, damit alle mitgerissene oder durch die Erwärmung aus der Lösung ausgetriebene Luft sowie aller Dampf, welcher während der Erwärmung gebildet wird, ausgeschieden wird. Eine solche Behandlung in einem Luft/Dampf-Abscheider ist sowohl dann, wenn die Flüssigkeit bereits vor der Erwärmung einer solchen Behandlung unterworfen wurde, als auch dann, wenn dies nicht der Fall war, erwünscht.
Ein geeigneter Luft/Dampf-Abscheider ist ein solcher, bei welchem die zu behandelnde Flüssigkeit tangential in ein Gehäuse eingeleitet wird, um in dieser einen Wirbel zu bilden, welcher nachher durch eine Schicht von inerten Teilchen, z. B. Glaskügelchen, gebrochen wird, welche Schicht gleichzeitig dazu dient, alle in der Flüssigkeit vorhandenen Luft- und/oder Dampfblasen zusammenzubringen.
Die zusätzlich an der vom erwärmten Zweigstrom der Flüssigkeit durchflossenen Kammer angebrachte photoelektrische Zelle, welche dazu dient, das in der Flüssigkeit mitgeführte feste Material festzustellen, und zwar durch Messen der von diesen Feststoffpartikeln verursachten Lichtzerstreuung, kann in irgend einem geeigneten Winkel zur Richtung des Lichtstrahlenbündels angeordnet sein, aber ein Winkel von 135 , gemessen zwischen der Achse dieser photoelektrischen Zelle und der Achse des von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahlenbündels, wurde als besonders geeignet befunden.
Da die emulgierte Flüssigkeit im erwärmten Zweigstrom der Flüssigkeit gelöst ist, können bei der Bestimmung des Gehaltes an Festkörperpartikeln keine Ungenauigkeiten, welche auf das Vorhandensein von suspendierten Festkörperpartikeln zurückzuführen sind, entstehen.
Bei der in der Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung wird die zu prüfende Flüssigkeit, z. B. Treibstoff für ein Flugzeug, aus der Hauptleitung 1, welche zum Tank des Flugzeuges führt, durch eine Probenleitung 2 abgezogen und durch einen Dispergator 3 und hernach durch einen Luft!Dampf-Abscheider 4 geleitet.
Hinter dem Luft/Dampf-Abscheider 4 teilt sich die Probenleitung in zwei Zweigleitungen 5 und 6. Die Zweigleitung 5 führt in eine elektrische Heizkammer 7 und von da in einen weiteren Luft/Dampf-Abscheider 8, von diesem in eine Kammer 9, um dann aus dieser letzteren durch eine Leitung 10 abgeleitet zu werden. Die Zweigleitung 6 führt in einen Ausgleichsbehälter 11, aus diesem in eine Kammer 12, aus dieser durch die Leitung 13 durch den Kühlmantel 14 einer photoelektrischen Zelle 15 und hernach durch den Kühlmantel 16 einer photo elektrischen Zelle 17, um dann aus diesem abgeleitet zu werden. Zwischen den I Kammern 9 und 12 ist eine Lichtquelle 18 üblicher Art angeordnet.
Die photo elektrische Zelle 17 ist an dem von der Lichtquelle 18 abgewendeten Ende der Kammer 9 koaxial zur Achse des von der Lichtquelle 18 in Idiese Kammer geworfenen Lichtstrahienbündels angeordnet und an dem von der Lichtquelle abgewendeten Ende der Zelle 12 ist ebenfalls eine photoelektrische Zelle 19 koaxial zur Achse des von der Lichtquelle 18 in diese Kammer geworfenen Lichtstrahlenbündels angeordnet, während die photoelektrische Zelle 15 an der Kammer 9, wie eingangs erwähnt, in einem Winkel von 135 zur Achse der Kammer 9 und des Lichtstrahlenbündlels angeordnet ist.
Die photoelektrischlen Zellen 15 und 17 sind in einer elektrischen Brückenschaltung (Fig. 2) angeordnet, und zwar in zwei aneinanderstossenden Seiten des Vierecks derselben, während in einer der anderen Seiten ein fester Widerstand 20 und in der anderen ein variabler Widerstand 21 angeordnet ist. In der Brücke dieser Brückenschaltung ist ein Indikator 22 vorgesehen, welcher mit einem Alarmrelais verbunden ist, welches auf einen beliebigen gewünschten Zeigerstand des Indikators 22 eingestellt werden kann und in Funktion tritt, wenn dieser Zeigerstand erreicht wird.
Von beiden Enden des festen Widerstandes führen Abzweigleitungen 23 zu zwei Elektroden, welche in eine der die zu prüfende Flüssigkeit führenden Leitungen eingesetzt sind und eine Schutzvorrichtung bilden, welche verhüten soll, dass nicht blosses Wasser in das Flugzeug getankt wird.
Die photoelektrische Zelle 15 ist in einen elektrischen Stromkreis 33 (Fig. 3) eingesetzt, welcher zur Feststellung von irgendwelchem festem Material in der zu prüfenden Flüssigkeit dient.
Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, wird die zu prüfende Flüssigkeit durch eine Düse 24 tangential in den Luft/Dampf-Abscheider eingespritzt, um im oberen Teil des Gehäuses desselben einen Wirbel zu bilden.
Dieser Wirbel wird durch eine Schicht 25 von Glaskügelchen, die auf einer Gaze 26 angeordnet ist, gebrochen. Durch diese Schicht 25 werden die in der Flüssigkeit vorhandenen Luft- und Dampfblasen zum Zusammenschluss gebracht und Luft und Wasser entweichen durch den oben am Gehäuse vorgesehenen Stutzen 27.
Die zu prüfende Flüssigkeit gelangt in den freien Raum 28 unter der Gaze 26 und verlässt den Luft/Dampf-Abscheider durch die Leitung 29.
Wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, tritt die zu prüfende Flüssigkeit durch eine Leitung 30 in den Dispergator ein, in welchem alle in der zu prüfenden Flüssigkeit emulgiert enthaltenen Flüssigkeitsteilchen durch eine sich drehende Scheibe 31, welche einen gezahnten Rand aufweist, zerkleinert werden. Die zu prüfende Flüssigkeit tritt hierauf durch eine Leitung 32 aus dem Dispergator aus.
Mit Vorteil weist die Vorrichtung Mittel zum Kühlen der photoelektrischen Zellen auf, welche an der vom erwärmten Zweigstrom der Flüssigkeit durchflossenen Kammer angebracht sind. Zu diesem Zwecke können diese photo elektrischen Zellen mit Mänteln versehen sein, welche von einer Kühlflüssigkeit durchflossen werden. Dabei kann zweckmässig der nicht erwärmte Teil der Flüssigkeit als Kühlflüssigkeit verwendet werden, indem dieser Teil der Flüssigkeit aus der in der betreffenden Zweigleitung angeordneten Kammer in die Mäntel der zu kühlenden photo elektrischen Zellen geleitet wird.
Die Vorrichtung kann mit für den ordnungsgemässen Betrieb erforderlichen Ventilen versehen sein und auch einen Druckindikator aufweisen. Der Durchfluss der zu prüfenden Flüssigkeit durch den Druckindikator kann mittels eines geeigneten Ventiles gesteuert werden, in Verbindung mit einem Monometer, welches austrittsseitig dieses Ventiles angeordnet ist.
Zum Messen der Änderungen der Lichtabsorption in den beiden von der zu prüfenden Flüssigkeit durchflossenen Kammern und der Lichtzerstreuung in der einen dieser Kammern können elektrische Brückenschaltungen verwendet werden, welche gegebenenfalls mit Alarmvorrichtungen verbunden sein können. Die Alarmvorrichtungen können eine Signallampe, eine Glocke oder ein anderes Signal betätigen und ferner Ausschalteinrichtung oder Umleiteinrichtung in Funktion setzen, um zu verhindern, dass Treibstoff in ein Flugzeug getankt wird, welcher emulgierte Flüssigkeit oder suspendierte Verunreinigungen in einer Menge, welche das vorausbestimmte Maximum überschreitet, enthält.
Die Lichtquelle ist mit Vorteil so ausgebildet und angeordnet, dass sie ein parallelstrahliges Lichtstrahlenbündel zumindest in die in der beheizten Zweigleitung angeordnete Kammer wirft. In dieser Weise kann ein direkter Lichteinfall in die an der Kammer der beheizten Zweigleitung zusätzlich angebrachte photoelektrische Zelle leicht vermieden werden.