DE2940655C2 - Verfahren zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten, jnsbesondere <4er Dichte von Schwefelsäure zwecks Überwachung lies Ladezustandes von Bleiakkumulatoren.

Es ist bekannt, die Dichte von Flüssigkeiten nach dem l^chimedischen Prinzip mittels Aräometern zu bestimmen. Dabei taucht ein Auftriebskörper (Aräometer, fcpindel oder Schwimmer genannt), z. B. ein an einem JEnde beschwerter zylindrischer Körper teilweise in die flüssigkeit ein. Je tiefer der Auftriebskörper eintaucht, Hesto geringer ist die Dichte der Flüssigkeit. Die !Eintauchtiefe, die an einer an dem Auftriebskörper Angebrachten Skala abgelesen werden kann, ist somit <Bn direktes Maß für die Dichte und auf der Skala wird Ilaher direkt die der Eintauchtiefe entsprechende Dichte Angegeben. Für genaue Messungen muß dieser Wert !weh mit einem Korrekturfaktor für die Temperatur korrigiert werden.

Es ist auch bereits aus der DD-PS 35 241 ein Verfahren zur Dichtebestimmung eines Schwimmers !»ekannt, bei dem die Eintauchtiefe des Schwimmkörpers durch Messung der Intensität einer durch die Flüssigkeit rückgestreuten Korpuskel- oder Quantenfrtrahlung bestimmt wird. Zu diesem Zweck ist auf einem tingförmigen Schwimmer ein radioaktives Präparat, ein Detektor für die Strahlung in Form einer Ionisationskammer sowie ein Vorverstärker für den Detektor montiert. Abgesehen davon, daß die Intensität der Wickgestreuten Strahlung nicht in linearem Verhältnis fcu der Eintauchtiefe steht, ist das Verfahren auch aus linderen Gründen in den meisten Fällen nicht brauchbar, «la der Schwimmer infolge der auf ihm montierten und Von ihm zu tragenden Teile recht groß wird und daher tine Dichtebestimmung eines kleinen Flüssigkeits-Volumens kaum möglich ist; außerdem sind die beim Umgang mit radioaktiven Präparaten erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, was vielfach eine Anwendung des Verfahrens erschwert oder unmöglich macht.

Besonders häufig und routinemäßig werden Dichtebestimmungen der Schwefelsäure von Akkumulatorzellen vorgenommen, da die Dicht der Säure eine genaue Aussage über den Ladezustand der Zelle ermöglicht. Die Labormethode zur Dichtebestimmung, d. h. eine Flüssigkeitsprobe in eine Mensur abzufüllen und dann das Aräometer in der Flüssigkeit schwimmen zu lassen, ist für diesen Zweck zu umständlich und zu gefährlich, ebenso kommt das Meßverfahren gemäß DD-PS 35 241 wegen der beschriebenen Nachteile nicht

ίο zur Anwendung.

Man bedient sich daher für derartige Routineuntersuchungen in der Praxis solcher Geräte, die nach dem Aräometer-Prinzip in Verbindung mit einem Saugheber arbeiten. Im Inneren des aus Glas bestehenden Saughebers befindet sich der Schwimmer, der beim Ansaugen der Flüssigkeit aufschwimmt sowie weiterhin für genaue Messungen ein Thermometer. Die Eintauchtiefe des Schwimmers in der Flüssigkeit bzw. die Dichte sowie die Temperatur der Flüssigkeit wird dann von außen durch die Wandung des Saughebers abgelesen und ggf. die Dichte mit dem Temperaturfaktor korrigiert.

Obwohl diese Anordnung auf Grund ihrer geschlossenen Bauweise sicherer bzw. einfacher ist als die oben beschriebenen Methoden, ist sie dennoch mit Nachteilen behaftet. Im rauhen Alltagsbetrieb kann der Saugheber leicht zerbrechen, zum Ablesen muß der Saugheber von der Probenahmestelle entfernt und in Augenhöhe gebracht werden. Dabei kann leicht Flüssigkeit aus dem Saugheber tropfen, die Schäden verursacht, und es kann leicht zu Ablesefehlern kommen, insbesondere, wenn das Glas des Saughebers durch Öl und Fett verschmutzt ist. Da für die Durchführung der Temperaturkorrektur eine zusätzliehe Rechnung erforderlich ist, besteht auch hier eine zusätzliche Fehlerquelle.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache und robuste Methode zur Dichtebestimmung von Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der keine Ablesefehler mehr auftreten können und bei der die Messung direkt am Ort der Probenahme erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Prinzip der Erfindung beruht darauf, die Eintauchtiefe des Schwimmers nicht mehr rein visuell sondern durch Messung der Laufzeit eines Schallimpulses nach der Echomethode zu bestimmen. Da der für die Aussendung des Schallimpulses und Empfang des Echos verwendete elektroakustische Wandler fest montiert ist, würde ein unterschiedlicher Flüssigkeitsstand in der Meßzelle zu Verfälschungen Anlaß geben, sofern lediglich der Abstand Stirnfläche des Schwimmers vom elektroakustischen Wandler als Maß für die Eintauchtiefe benutzt würde. Aus diesem Grund wird für jeden Schallimpuls sowohl das von der Flüssigkeitsoberfläche, als auch das von der Stirnfläche des Schwimmers zurückgeworfene Echo bestimmt. Aus der Laufzeitdifferenz dieser beiden Echoimpulse kann nach den allgemein bekannten elektronischen Impuls-Laufzeit-Meßverfahren (z. B. beschrieben in Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall, 3. Aufl. 1975, Springer-Verlag, Berlih-Heidelberg-New York) die Eintauchtiefe des Schwimmers als entsprechender analoger oder digitaler elektrischer Wert ermittelt werden. Dieser elektrische Wert kann auf an sich bekannte Weise auf

einem Analog-Instrument (ζ. B. einem Drehspulvoltmeter), auf dessen Skala direkt die Dichte angegeben ist oder auf einem Digital'instrument nach entsprechender, an sich bekannter Umformung, direkt als Dichte angezeigt werden.

Um ein starkes Echo von der Stirnfläche des Schwimmers zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Stirnfläche so zu gestalten, daß sie als besonders guter Schallreflektor wirkt oder auf der Stirnfläche einen Schallreflektor anzubringen. Zur Vermeidung von Fehlern in der Messung werden die Schallimpulse im wesentlichen senkrecht auf die Flüssigkeitsoberfläche und die Stirnfläche des Schwimmers gerichtet. Zur Erhöhung der Genauigkeit und um die Geräteabmessungen klein zu halten, ist es weiterhin vorteilhaft, Schallimpulse im Frequenzbereich oberhalb des menschlichen Hörbereichs, Insbesondere im Frequenzbereich von 25 KHz bis 250 KHz zu verwenden. Impulse dieser Frequenz entstehen durch Anregung einer Membran mit einem Wechselspannungsimpuls, wobei die Folge der Impulse (Impulsfolgefrequenz) vorzugsweise zwischen 50 und 500 Hz liegt

Weiterhin kann sehr einfach die Temperatur der Flüssigkeit mit einem elektronischen Temperaturfühler gemessen werden. Bei bekannter Abhängigkeit der Dichte von der Temperatur ist es dadurch auf einfache Weise mittels an sich wohlbekannter elektronischer Schaltungen möglich, den Temperaturmeßwert zur Korrektur der Dichtemessung zu verwenden und auf dem Anzeigeinstrument direkt den korrigierten Dichtewert anzuzeigen. Natürlich ist es auch möglich, statt der pichte wahlweise auch andere dichteabhängige Werte wie Konzentration, Ladezustand oder dergleichen anzuzeigen.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung besteht schematisch aus einer Meßkammer, in die mittels einer Saugvorrichtung die zu prüfende Flüssigkeit eingesaugt werden Icann. Die Menge an Prüfflüssigkeit wird durch die Größe des Gummiballes des Saughebers begrenzt, kann aber in gewissen Grenzen schwanken. In der Meßkammer befindet sich der Schwimmer sowie ein elektronischer Temperaturfühler. Weiterhin ist in dem Luftraum der Meßkammer der elektroakustische Wandler (z. B. ein elektrostatischer Wandler), der die Schallimpulse im wesentlichen in senkrechter Richtung auf die Flüssigkeitsoberfläche aussendet und empfängt, angebracht und zwar so hoch, daß der Schwimmer auch in seiner höchstmöglichen Stellung nicht an ihm anstoßen kann. Der elektroakustische Wandler sowie der Temperaturfühler sind an die elektronische Auswerte- und Anzeigeeinheit angeschlossen, die sowohl direkt an der Meßkammer angebracht sein kann oder sich in einem gesonderten Gehäuse befinden kann.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen vor allem darin, daß die Meßkammer aus einem beliebigen unzerbrechlichen Material bestehen kann, das nicht durchsichtig zu sein braucht und das lediglich gegen die zu messende Flüssigkeit inert sein muß. Weiterhin kann die Meßeinrichtung bei der Messung am Ort der Probenahme verbleiben und muß nicht etwa, wie die bisherigen Dichtemesser in Augenhöhe gehoben werden. Ablesefehler treten praktisch nicht mehr auf, da die Temperaturkorrektur automatisch erfolgt und die Anzeige beliebig groß gemacht werden kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Dichtebestimmung von Flüssigkeiten durch Bestimmung der Eintauchtiefe eines Schwimmers mittels auf die Flüssigkeitsoberfläche gerichteter impulse und Ermittelung der Dichte aus der Eintauchtiefe des Schwimmers, dadurch gekennzeichnet, daß man Schallimpulse im wesentlichen senkrecht auf die Flüssigkeitsoberfläche und die Stirnfläche des Schwimmers richtet, und aus der Laufzeitdifferenz der von der Flüssigkeitsoberfläche und von der Stirnfläche des Schwimmers reflektierten Echos die Eintauchtiefe des Schwimmers bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Schallimpulse im Frequenzbereich von 25 KHz bis 250 KHz mit einer Impulsfolgefrequenz von 50 Hz bis 500 Hz aussendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Flüssigkeit gemessen wird und der Meßwert zur Korrektur der Dichte benutzt wird.