EP0441849A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von flüssigkeitsproben aus einer durchflussleitung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von flüssigkeitsproben aus einer durchflussleitung

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EP0441849A1
EP0441849A1 EP19890912434 EP89912434A EP0441849A1 EP 0441849 A1 EP0441849 A1 EP 0441849A1 EP 19890912434 EP19890912434 EP 19890912434 EP 89912434 A EP89912434 A EP 89912434A EP 0441849 A1 EP0441849 A1 EP 0441849A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
pressure
volume
line
liquid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19890912434
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Pust
Hans Otto Mieth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SCHWARTE-WERK GmbH
Original Assignee
SCHWARTE-WERK GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19883837598 external-priority patent/DE3837598A1/de
Application filed by SCHWARTE-WERK GmbH filed Critical SCHWARTE-WERK GmbH
Publication of EP0441849A1 publication Critical patent/EP0441849A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/40—Details of construction of the flow constriction devices
    • G01F1/46—Pitot tubes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow
    • G01F5/005—Measuring a proportion of the volume flow by measuring pressure or differential pressure, created by the use of flow constriction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
    • G01N1/2035—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials by deviating part of a fluid stream, e.g. by drawing-off or tapping

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for obtaining liquid samples from a flow line according to the preamble of independent claim 1.
  • Sampling methods of the type identified in the introduction are used in particular where, on the one hand, the characteristic values of the liquid to be transferred and to be sampled are present during the transfer change or where they fluctuate significantly and where on the other hand the flow rate in the transfer line changes.
  • a sample or a sample obtained at intervals from the flow line can never be representative, i.e. represent a sample containing the true characteristic values of the volume of liquid to be sampled.
  • Transport vehicle that drives to the individual suppliers and is supposed to collect a representative sample there during the transfer of the available milk.
  • concentration of the ingredients in the milk provided may change very much when viewed over the height of the container (eg creaming).
  • a method of the genre identified in the introduction which is used to obtain milk samples, is known from DE-PS 12 24 522. It is characterized in that the milk to be transferred to a sampling vessel from the flow line in a manner known per se in an amount dependent on the dynamic pressure while keeping the static pressure conditions constant at the sampling point and in the sampling vessel at various points in the flow cross section and before dividing into Sample amount and remaining amount is mixed.
  • FIG. 10 shows a device for carrying out the known method
  • Pressure loss coefficient ⁇ L is given.
  • the outlet cross section A D at point II has a pressure loss coefficient ⁇ D , the inlet line 5 to the sampling vessel 3 has one
  • the Bernoulli equation for steady flow between positions I and II on the one hand and II and III on the other hand supplies with the above-mentioned quantities and with the above-mentioned pressure condition (pressure compensation line 6 according to DE-PS 12 24
  • Q means the density of the liquid and g the acceleration due to gravity.
  • Proportionality between cpr and c I is only given if the second and third term of equation (1) become zero.
  • the second term can be made zero by equal geodetic heights between I and III.
  • the pressure loss ⁇ p p to overcome the paraboloid of revolution is in a first approximation independent of the flow in the flow line 4 and only dependent on the intensity of the rotation in the air separator. In this way, ⁇ p p can be retained for a short time, even though the speed c I decreases sharply (for example, the flow line is blocked or throttled).
  • the atmospheric pressure at the interface between air and liquid reaches the tapping point I.
  • the pressure from the atmospheric pressure decreases in accordance with the pressure gradient as a result of pressure loss, without any penetration of the atmospheric pressure or changing pressure curve through the "liquid plug" into the air separator, and thus raising the pressure there to the raised pressure level in the flow line 4 is possible. Therefore, the static pressure at the tapping point I, which continuously rises to atmospheric pressure, cannot exceed the known pressure compensation line 6 are transmitted to the head space of the sampling vessel 3.
  • the inventive method produces the partial flow in strict dependence on the dynamic pressure of the flow in the flow line, inter alia, in that the pressure equalization between the static pressure in
  • Position III in the head space of the sample flow vessel assumes a small value that is negligible compared to the dynamic pressure.
  • the third term of equation (1) plays no role in the solution proposed according to the invention, since the pressure compensation point always before and never behind the
  • Rotation paraboloid of the air separator is arranged.
  • the main advantages of the proposed method lie in the realization of the partial flow withdrawal dependent on the dynamic pressure, even during the transient run-out state of the transfer.
  • This is further achieved according to the invention in that the difference between the static pressures at the tapping point and in the branched volume is mapped into a manipulated variable which can be used for pressure equalization. If this manipulated variable is the change in the mirror difference of a liquid surface, this liquid surface can compress or decompress a gas volume provided according to the invention in such a way that the desired pressure equalization between the static pressure at the
  • Tapping point and the static pressure in the branched volume is thereby produced.
  • the change in the level difference of the liquid surface is represented by a float, which controls a pressure source acting on the branched-off volume.
  • the method for carrying out the method according to the invention provides for controlling a pressure source acting on the branched volume via the deflection of a membrane which is acted upon on the one hand by the static pressure of the liquid at the sampling parts and on the other hand by the static pressure in the branched volume.
  • Sample flow vessel as advantageous if the static pressure at the sampling point is replaced by a static pressure of the same value at a geodetically lower point downstream.
  • the residual volume which remains as a sample of the branched-off volume after branching off a partial volume, can then be easily discharged into the flow line via this lower point.
  • the dimensioning criterion for the geodetic height difference must be that the pressure loss in the flow line between the tapping point and the lower point is just compensated by the pressure gain due to the geodetic height difference at the nominal flow rate.
  • the pressure adjustment over a gas volume arranged between the liquid surface and the branched-off volume can be supported in a particularly effective manner in that the flow impulse inherent in the liquid as it flows into the gas volume is used to briefly equalize the pressure between the pressure in the gas volume and the Atmosphere or other pressure source.
  • the liquid displacing the gas volume creates a pressure balance between the pressure in the gas volume and the atmosphere or the other pressure source by means of a buoyancy effect on a body immersed in it. In this case, the static pressure rising to the atmospheric pressure at the extraction point is almost immediately compensated for.
  • Division ratios realized by throttling a passage cross section The smallest division ratios resulted in very small opening cross sections, which are susceptible to clogging and cannot always determine the true characteristic value of the transferred liquid under unfavorable sampling conditions.
  • the invention provides that that for the branched Volume-specific partial cross-section is not only reduced by changing the position of the flow divider, but that it also shifts into a flow area in which there is an increasingly less effective flow.
  • the passage cross section consequently consists of many partial cross sections which are flowed through without equal rights and which can optionally be set via the flow divider, without the partial flow passing through the total cross section being throttled.
  • the other proposed method according to the invention reduces the branched volume flow in that the
  • the invention is based on a device in which a sample flow vessel, which is connected to the flow line via an inlet line which is provided with an inlet opening designed as a pitot tube, and which has a pressure compensation line which opens out in the head space of the sample flow vessel .
  • the pressure compensation line is connected to the flow line in the vicinity of the tapping point.
  • Equation 1 is thus reduced to the following proportionality relationship between the main flow in the flow line and the partial flow to the sample flow vessel:
  • an embodiment of the device provides that the pressure compensation line opens into the head space of a container , And that a dip tube is provided which is ruled out in the vicinity of the tapping point on the flow line and extends down into the lower region of the container.
  • a dip tube is provided which is ruled out in the vicinity of the tapping point on the flow line and extends down into the lower region of the container.
  • the change in the mirror difference in the aforementioned container can, as is provided by another embodiment of the device according to the invention, be detected by a float which branches onto the one Volume acting pressure source controls.
  • the pressure difference causes a membrane to deflect, which then controls a pressure source acting on the branched-off volume in the same way.
  • the pressure equalization between the static pressure at the sampling point and the static pressure in the head space of the sample is carried out without delay if, as is provided by a further embodiment of the device according to the invention, the pressure equalization line on the side for the flow line into the headspace of a container
  • Containers are arranged in a common container shell and their mutual separation only via one
  • the head space of the container is connected to the atmosphere via a valve.
  • This valve can either be controlled by the liquid communicating with the tapping point or can be controlled by the flow impulse that is inherent in the compensation case.
  • one embodiment of the device provides that a slot is arranged in the wall of a hollow cylinder, which slot extends over the circumference and in the longitudinal axis of the cylinder, and that a current divider is provided within the cylinder, which divides the entire passage cross section of the slot in an arbitrarily adjustable ratio.
  • the flow divider has no reducing effect with regard to the passage cross section of the slot; it only divides the passage cross-section differently, whereby according to a further embodiment it is provided that the for the branched volume flow into the
  • sample flow vessel cross-section of the slot extends into a flow area, which causes an increasingly less effective flow. While the slit cross-section is flowed vertically at the foremost inflow point of the cylinder, the inflow on the side of the cylinder occurs practically parallel to the passage cross-section, so that there is no longer any effective flow.
  • another embodiment of the device according to the invention provides for a sampler arranged at the extraction point to be designed as a Prandtlian pitot tube, which is rotatably mounted about an axis oriented perpendicular to the direction of flow in the flow line.
  • a sampler arranged at the extraction point to be designed as a Prandtlian pitot tube, which is rotatably mounted about an axis oriented perpendicular to the direction of flow in the flow line.
  • the sampler is designed as a rotatably mounted cylinder which reaches across and in the middle through the through-flow line provides a relatively simple arrangement. With this arrangement, it is possible to change the partial flow draw by rotating the cylinder via at least one dust bore opening out perpendicular to the cylinder surface such that all intermediate states are possible with very high reproducibility between a maximum value and zero delivery.
  • the dust bore is arranged at a point at a distance from the wall of the flow line at which there is an average speed for the flow line.
  • FIG. 2 shows a device according to Figure 1b, the
  • Figure 3 shows a further embodiment of the device according to
  • 5a to 5d are schematic representations through further configurations of the device according to FIG. 1c, with a container for intensifying the pressure compensation;
  • FIG. 6a to 6c are schematic representations of a sampler;
  • FIG. 7 shows a central section in a schematic representation through another sampler in the area of the sampling point and
  • FIG. 1a shows basic solutions of the device according to the invention.
  • a flow line 4 (FIG. 1a) is flowed through by a liquid flow at the speed c I.
  • An extraction point I there is the inlet opening of an inlet line 5 which leads into the head space of a sample flow vessel 3. It is designed as a pitot tube at the extraction point I.
  • a pressure compensation line 6 is connected on the one hand in the vicinity of the tapping point I to the flow line 4 and on the other hand to the head space of the sample feed vessel 3. she flows into the flow line perpendicular to the direction of flow, so that the static pressure acts on the sampling part I at the connection point II.
  • the static pressure in the sample flow vessel 3 is adjusted to the static pressure at the tapping point I. Since the total pressure of the flow, which I compose from the static pressure and the pressure, prevails at the extraction point I, the inlet line 5 is subject to a total pressure difference which corresponds to the dynamic pressure of the flow in the flow line 4 corresponds.
  • the dynamic pressure is thus the driving pressure difference for the liquid volume 3 a branched off via the feed line 5 into the sample feed vessel at the speed c Pr .
  • the arrangement shown results in a partial flow withdrawal into the sample flow vessel 3, which is strictly proportional to the volume flow in the flow line 4.
  • FIG. 1b shows an arrangement in which the connection point II of the pressure compensation line 6 to the flow line 4 is at a distance downstream from the removal point I.
  • the error that this arrangement brings with regard to the pressure equalization between the tapping point I and the head space of the sample feed vessel 3 is the slight pressure loss between the points I and II.
  • this arrangement has the advantage that the flow processes and the flow fields the positions I and II do not influence each other, and that this basic solution can be used to derive configurations which solve the task in an outstanding manner.
  • FIG. 1c shows a further arrangement of the device in which the pressure compensation line 6 is connected to a downward line part 4 of the flow line 4 connected.
  • the geodetic height difference is chosen so that it corresponds to the pressure drop at the nominal delivery rate I-II corresponds to the flow line 4 between the tapping point I and the connection point II.
  • the pressure compensation line 6 extends from the connection point II upwards into a dome 3b above the head space of the sample flow container 3.
  • the latter arrangement also means that the pressure compensation line 6 has the function of a fill level limitation for the sample flow container 3.
  • the device according to FIG. 2 represents a further development of the device according to FIG. 1b.
  • a container 17 is additionally provided, in the head space of which the pressure compensation line 6 opens.
  • An immersion tube 17b is connected to the flow line 4 in the vicinity of the extraction point 1 and extends down into the lower region of the container 17.
  • a part of the head space of the sample flow vessel 3 extends into the flow line 4 and is therefore part of the sampler with the inlet line 5.
  • a pressure difference between the sampling point I and the branched volume 3a causes an inflow or an outflow of liquid into or out of the container 17.
  • the resulting change in the mirror difference .DELTA.z leads to compression or decompression of the gas volume which is located above the liquid in the sample flow vessel 3 and in the container 17.
  • the branched volume flow must emerge via the inlet line 5 against a static pressure which is determined by the height H of the liquid in the dip tube 17b.
  • the pressure resulting from the height H slightly falsifies the back pressure-dependent sampling.
  • the height H can be dimensioned so small that it can be neglected in relation to the pressure level.
  • Liquid transfer in the flow line 4 is the liquid mirror in the container 17 on the lower edge of the dip tube 17b.
  • the container 17 can be significantly smaller than the container 17 in the device according to FIG. 2, since it only has to have enough liquid deposits 17c that a float 26, which the ventilation valve 27, consisting of a closing member 27a, a valve seat 27b and one on one Valve rod arranged stop 27c, experiences sufficient buoyancy in all operating cases.
  • the closing member 27a and the valve seat 27b are designed so that they operate under the float stroke as a control valve with a desired control characteristic. So that slight pressure fluctuations are not directly reflected in an engagement of the ventilation valve, the float 26 in its normal operating position has a certain play relative to the rod of the ventilation valve 27, which is determined by the stop 27c.
  • FIG. 4 shows a device according to the invention, which represents a further development of the device according to FIG. 1b.
  • a pressure measuring device 12 with a membrane 12a and a device 12b which detects its deflection and which controls a pressure source 14 connected to the head space of the sample flow vessel 3 is arranged in the region of the removal point I.
  • the membrane 12a is on the one hand Static pressure of the liquid at the tapping point I and, on the other hand, the static pressure above the branched-off volume in the sample flow vessel 3 through a second pressure compensation line 24.
  • the pressure adjustment can be forced via the pressure source 14.
  • the deflection of the membrane 12a is transmitted via a signal line 15a to a control unit 13 which controls the pressure source 14 via a second signal line 15b.
  • a pressure curve p (1) is shown in FIG. 4 on the left-hand side of the tapping point I as it spreads, for example when the hose is emptied or the flow line is emptied, from the inlet into the hose or the flow line and in the direction of the tapping point I at the speed c I .
  • To the left of the liquid interface is the atmospheric pressure p 0 , while to the right there is a pressure gradient dp / dl, which results from the pressure loss of the volume flow flowing in the flow line 4. It can be seen that the pressure at the extraction point I increases from a relatively low pressure in the stationary state of the transfer to atmospheric pressure p 0 .
  • the essential parts of the device according to FIG. 4a correspond to those according to FIG. 4, the sample supply vessel 3 being designed and arranged according to the basic solution according to FIG. 1c.
  • the device according to FIG. 4 takes the place of the immersion tube 17b in the device according to FIG. 4
  • FIG. 5a shows a further embodiment of the device according to Figure 1c.
  • the pressure equalization line 6 is not, as in the device according to FIG. 1c, directly connected to the flow line 4 * via the connection parts II, but a container 17 is interposed, in the latter
  • FIG. 5b shows a modified embodiment of the device according to FIG. 5a, in which the sample supply vessel 3 and the container 17 are arranged in a common container jacket 3d and their mutual separation takes place via a partition 3c.
  • the container 17 additionally has a float-controlled valve 18, the float 18a of which is raised when the liquid flowing into the container 17 rises, so that it lifts a closing member 18c from its seat surface via a rod 18b, as a result of which a penetration of the atmospheric pressure p O is given in the container 17 and thus via the pressure compensation line 6 in the head space of the sample flow vessel 3.
  • the float-controlled valve 18 remains open.
  • the device according to FIG. 5d has a valve 19 which is controlled by the flow impulse of the liquid entering the container 17 and which consists of a baffle plate 19a, a rod 19b and a closing member 19c, and this automatically after the flow impulse has subsided sinks back into its closed position.
  • the valve 19 remains in its open position, the head space of the container 17 and thus also the Head space of the sample flow container 3 is connected to the atmosphere.
  • the static pressure at the tapping point I is lower than the static pressure in the sample flow vessel 3, since here the ventilation measure gives rise to atmospheric pressure p O for a short time. But since the points I and II communicate with each other, and the static pressure difference between them is relatively small, an outflow of liquid from the container 17 through the connection point II into the flow line 4, so that with a closed valve 19 one Pressure reduction and a balance of pressures
  • 6a to 6c show a sampler 20 with the possible positions of a flow divider 25.
  • a slot 22b is provided which breaks through its wall, starting from the foremost inflow point of the cylinder 22 extends on one side over the circumference and in the longitudinal axis of the cylinder.
  • the current divider 25 (see FIG. 6) divides the passage of the cross section
  • FIG. 6a shows the sampler 20 described above in a side view.
  • the current divider 25 is arranged in two further discrete positions (25; 25 *) within the sampler 20. In the upper position he has the
  • the sample flow Q Pr corresponds to the undiminished volume flow Q which passes through the slot 22b as a whole.
  • a second purge flow Q S2 flows via the inflow opening 22d and the outflow opening 22c.
  • the connection between the slot 22b and the feed line 5 to the sample flow vessel 3 is completely closed.
  • the volume flow Q entering the hollow cylinder through the slot 22b also flows out through the outflow opening 22c into the flow line 4.
  • the current divider 25 is in its uppermost switching position, in which the sampler 20 can be cleaned in an advantageous and very effective manner.
  • a main cleaning stream Q R passes through the inflow opening
  • the first cleaning sub-stream Q R1 flows via the inlet line 5 into the sample flow vessel 3, the second cleaning sub-stream Q R2 flows through the outflow opening 22c into the
  • a third partial cleaning stream Q R3 enters the feed line 5 via the slot 22b
  • Sampler 20 can thus be completely cleaned with all of its surfaces that come into contact with milk.
  • FIG. 7 shows an advantageous embodiment of a
  • the pit hole has the function of a pitot tube on, whereby the total pressure of the flow can be measured as the sum of static pressure and dynamic pressure, while the pressure bore acts as a pressure probe and only measures the static pressure of the flow.
  • the dust bore 20a is connected to the inlet line 5 and the pressure bore 20b to the pressure compensation line 6.
  • the sampler 20 is rotatably mounted about an axis oriented perpendicular to the flow direction in the flow line 4.
  • FIG. 8 shows a modified embodiment of the sampler 20 according to FIG. 7, the bluff body itself having the shape of a cylinder 22.
  • the cylinder 22 extends transversely and centrally through the flow line 4 and has at least one dust hole 22a, which opens out perpendicular to the cylinder surface.
  • the dust hole 22a is in turn connected to the inlet line 5, while the
  • Pressure equalization line 6 is connected at another, downstream location to the flow line 4 or 4 * .
  • the cylinder 22 is located concentrically within a housing 21, a passage cross section which is expediently the same or slightly smaller than that is formed between the cylinder jacket surface and the housing
  • FIG. 8b shows a cylindrical bluff body 22 in which the feed line 5 connected to it branches into more than one boring hole.
  • the cylinder 22 has three dust bores 23a, 23b and 23c.
  • Figures 9, 9a and 9b show the possibilities with regard to the basic arrangement of the device according to the invention at any point in the flow line 4 of a liquid reception and measuring system, e.g. for milk. Since the partial flow is drawn from the flow line 4 solely as a function of the prevailing pressure, it is independent of the static pressure level present in each case.
  • the device is located between a first pump 8 and an air separator 2.
  • the pump 8 conveys the liquid from a first container 1 into the air separator 2 via a hose 4a.
  • the device according to the invention is located on the suction side of the first pump 8.
  • FIG. 9b shows a further arrangement in which the flow line 4 is connected to an air separator 2, the head space of which is connected to a vacuum source 10.
  • the liquid is demanded from the air separator 2 via a second pump 9 arranged in the downstream flow line 4b
  • FIGS. 9a and 9b show the advantages of the new method and the device for carrying it out. In these arrangements, namely the static pressure at the point of removal when vacuuming the
  • Hose 4a rise from a relatively low pressure during the stationary transfer phase to atmospheric pressure in the unsteady phase-out phase.
  • the falsification of the partial flow draw given by prior art devices due to this pressure change is how

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Flüssigkeitsproben aus einer Durchflußleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Flüssigkeitsproben aus einer Durchflußleitung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Probenahmeverfahren der einleitend gekennzeichneten Gattung finden insbesondere dort Anwendung, wo sich einerseits die Merkmalswerte der zu überführenden und zu probenden Flüssigkeit während der Dauer der Überführung ändern oder wo sie signifikant schwanken und wo sich andererseits die Durch- flußleistung in der Überführungsleitung verändert. In derartigen Anwendungsfällen kann eine Stichprobe oder eine in zeitlichen Abständen impulsweise aus der Durchflußleitung gewonnene Probe niemals eine repräsentative d.h. eine die wahren Merkmalswerte des zu probenden Flüssigkeitsvolumens enthaltende Probe darstellen.
Das vorstehende Problem stellt sich beispielsweise beim Einsammeln von Milchvolumina aus Behältnissen einer Vielzahl von Lieferanten in einen sogenannten Sammeltank eines
Transportfahrzeuges, das die einzelnen Lieferanten anfährt und dort während der Überführung der bereitstehende Milch eine repräsentative Probe gewinnen soll. Dabei ist anzumerken, daß sich die Konzentration der Inhaltsstoffe in der bereitgestellten Milch unter Umständen über die Höhe des Behältnisses gesehen sehr stark ändert (z.B. Aufrahmung). Ein Verfahren der einleitend gekennzeichneten Gattung, welches zur Gewinnung von Milchproben Anwendung findet, ist aus der DE-PS 12 24 522 bekannt. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß die in ein Probeentnahmegefäß zu überführende Milch aus der Durchflußleitung in an sich bekannter Weise in vom Staudruck abhängiger Menge unter Gleichhaltung der statischen Druckverhältnisse an der Entnahmestelle und in dem Probeentnahmegefäß fortlaufend an verschiedenen Stellen des Durchflußquerschnittes entnommen und vor der Unterteilung in Probemenge und Restmenge durchmischt wird. In der Beschreibungseinleitung, Spalte 5, Zeilen 5 bis 7, wird hierzu erläuternd ausgeführt, daß unter Gleichhaltung der statischen Druckverhältnisse eine ständige Gleichhaltung des statischen Druckes an der Entnahmestelle und in dem Probeentnahmegefäß gemeint ist. Nach einer vorteilhaften verfahrenstechnischen Ausgestaltung soll die Milchentnahme unmittelbar vor dem Luftabscheider erfolgen, und es soll während der Zuführung von Milch zum Probeentnahmegefäß in diesem Gefäß der gleiche Druck wie im Luftabscheider aufrechterhalten werden. Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine den statischen Druck an der Entnahmestelle und in dem Probeentnahmegefäß ausgleichende Einrichtung aufweist. Als gegenständliche Lösung wird hierzu vorgeschlagen, eine Druckausgleichsleitung zwischen dem Probeentnahmegefäß und einem unmittelbar hinter der Entnahmestelle der Durchflußleitung angeordneten Luftabscheider vorzusehen.
Wie man leicht zeigen kann, ist das im Kennzeichen des Anspruchs 1 des bekannten Verfahrens vorstehend angegebene Merkmal hinsichtlich der Druckbedingung notwendige
Voraussetzung dafür, daß die Probenmilch exakt in vom Staudruck abhängiger Menge aus der Durchflußleitung abgezweigt werden kann. Insofern erfordert jegliche Probenahme, die es sich zum Ziel gesetzt hat, einen Volumenstrom in strenger Abhängigkeit vom Staudruck der in der Durchflußleitung vorliegenden Strömung abzuzweigen, die Einhaltung der vorgenannten Druckbedingung. Das bekannte Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung bieten jedoch als konkrete Lösung für die naheliegende, erforderliche Gleichhaltung der in Frage kommenden Drücke an, einen Druckausgleich zwischen dem Probeentnahmegefäß und dem Luftabscheider vorzusehen. Nachfolgend wird theoretisch noch dargelegt, daß eine Ausgleichung des statischen Druckes zwischen den in Frage kommenden Stellen des Probeentnahmesystems auf dem Umweg über den Luftabscheider in einer stationären Phase der Überführung des zu prüfenden Milchvolumens zwar ein dem jeweils überführten Gesamtvolumen reprä sentatives Volumen ergibt, nicht jedoch im instationären Anlauf- und Auslaufzustand der Überführung. Insbesondere der instationäre Auslaufzustand beeinflußt die Zusammensetzung des abgezweigten Volumens entscheidend, da am Ende der Überführung in der Regel aufgerahmte, das heiß t sehr fettreiche Milch überführt wird. Bekanntlich neigt Milch in Abhängigkeit von der Standzeit zur Aufrahmung, wobei die Milch im obersten Bereich einen Fettgehalt aufweist, d er bis zum vierfachen des Durchschnittsfettgehaltes der Milch im vorliegenden Anlieferungsbehältnis betragen kann.
Da die Endphase der Milchüberführung jedoch mit Lufteinsaugen am Behälterboden und mit anhaltendem Lufts chnorcheln verbunden ist, so daß sich der Annahmeschlauch und die sich daran anschließende Durchflußleitung von ihrem Eintritt bis zum Luftabscheider entleert, stellt diese Phase einen instationären Auslaufzustand für die Milchströmung in der Durchflußleitung und insbesondere an der Probeentnahmestelle dar. Mit beginnendem Lufteinsaugen breitet sich der Atmosphärendruck von der Eintrittsstelle in den Schlauch fortschreitend bis zur Probeentnahmestelle und danach weiter bis in den Luftabscheider hinein aus. Diesem gravierenden Druckanstieg muß ein unverzögerter Druckanstieg im Probeentnahmegefäß folgen, da sonst der relativ niedrige Staudruck von dem etwa eine Größenordnung größeren statischen Druck an der Entnahmestelle überlagert wird. Falls ein Druckausgleich zwischen der Entnahmestelle und dem Probeentnahmegefäß nicht oder nur unzureichend erfolgt, wie dies beim bekannten Verfahren und der Vorrichtung zu seiner Durchführung der Fall ist, gelangt in der Endphase der Überführung überpropor- tional viel Milch in das Probeentnahmegefäß, die zudem noch einen Fettgeh alt aufweist, der den mittleren Fettgehalt um ein mehrfaches übersteigt.
An Hand der Darstellung gemäß Figur 10, die eine Vorrichtung zur Durchführung des bekannten Verfahrens zeigt, sollen die strömungsmechanischen Zusammenhänge aufgezeigt und die
Gründe dargelegt werden, warum in dieser oder einer anderen in gleicher Weise arbeitenden Vorrichtung nach dem Stand der Technik eine repräsentative Probenahme unter Einbeziehung der instationären An- und Auslaufzustände der Überführung d e s zu prüfend en Flü s s ig keits volumen s nur unzureichend gegeben ist.
Bei der Probeentnahmevorrichtung gemäß Figur 10, die in der DE-PS 12 24 522 ausführlich beschrieben ist, weise die
Durchflußleitung 4 mit ihrem Querschnitt A zwischen den Stellen I und II einen Druckverlust auf, der durch den
Druckverlustbeiwert ζL gegeben sei. Der Austrittsquerschnitt AD an der Stelle II weise einen Druckverlustbeiwert ζD, die Zulaufleitung 5 zum Probenentnahmegefäß 3 weise einen
Druckverlustbeiwert ζPr auf. Die Höhenlage der Stellen I, II und III sei durch die Koordinate z gekennzeichnet. An der Stelle I liege die Geschwindigkeit cI an der Stelle II die Geschwindigkeit cD und an der Stelle III die Geschwindigkeit cPr vor. Im Luftabscheider 2 rotiere die Flüssigkeit infolge des tangentialen Eintritts der Durchflußleitung 4, so daß der Eintrittsquerschnitt AD mehr oder weniger von Flüssigkeit überdeckt sei. Zur Überwindung der vor dem Austrittsquerschnitt AD befindlichen Flüssigkeitsschicht des Rotationsparaboloiden entstehe ein Druckverlust ΔpP , den die
Strömung in der Durchflußleitung 4 aufzubringen hat. Es hat sich herausgestellt, daß ein gerade vom Rotationspar a boloiden überdeckter Austrittsquerschnitt der Schaumbildung an dieser Stelle vorbeugt bzw. entgegenwirkt, falls Flüssigkeiten überführt werden, die zur Schaumbildung neigen. Es sei die stationäre Überführungsphase der Flüssigkeit vom ersten Behälter 1 in den Luftabscheider 2 angenommen, wobei fortlaufend aus der Durchflußleitung 4 in vom Staudruck der dort vorliegenden Strömung abhängiger Menge ein Volumenstrom über die Zulaufleitung 5 zum Probenentnahmegefäß 3 entnommen werde.
Die Bernoullische Gleichung für stationäre Strömung zwischen den Stellen I und II einerseits und II und III andererseits liefert mit den vorgenannten Größen und mit der vorgenannten Druckbedingung (Druckausgleichsleitung 6 gemäß DE-PS 12 24
522 erzwingt Druckgleichheit der statischen Drücke pstat zwischen den Stellen II und III) die für das vorliegende
Problem allgemein gültige Beziehung zwischen Cpr und CI:
Hierin bedeuten Q die Dichte der Flüssigkeit und g die Erdbeschleunigung.
Proportionalität zwischen cpr und cI ist nur gegeben, wenn der zweite und der dritte Term der Gleichung (1) null werden. In diesem Falle ist es dann bei stationärer Überführung gleichgültig, wie weit die Entnahmestelle I von der Austrittsstelle II im Luftabscheider 2 entfernt ist. Der zweite Term kann durch gleiche geodätische Höhen zwischen I und III zu null gemacht werden. Der Druckverlust Δpp zur Überwindung des Rotationsparaboloiden ist in erster Näherung unabhängig von der Strömung in der Durchflußleitung 4 und nur abhängig von der Intensität der Rotation im Luftabscheider. So kann Δpp kurzzeitig erhalten bleiben, obwohl die Geschwindigkeit cI beispielsweise stark abnimmt (z.B. Verschluß oder Drosselung der Durchflußleitung). Es handelt sich demnach um einen durchsatzunabhängigen Druckverlust, der infolge seiner Rückwirkung auf die Entnahmestelle I und wegen des Druckausgleichs zwischen Stelle II und III zu einem entsprechend erhöhten Probestrom in der Zulaufleitung 5 führt, obgleich die Geschwindigkeit cI und damit der Volumenstrom in der Durchflußleitung 4 abgenommen haben. Der letztgenannte Einfluß wird jedoch in seiner Wirkung auf die Teilstromentnahme, wie Messungen gezeigt haben, um ein mehrfaches vom Einfluß des Druckanstieges an der Entnahmestelle I beim Leersaugen des Schlauches und der Durchflußleitung 4 übertroffen. Dies gilt in besonderem Maße für Annahmesysteme, wie sie in der PS 12 24 522 beschrieben sind, bei denen die Entnahmestelle I in der Saugleitung einer Pumpe oder in der Durchflußleitung zu einem Luftabscheider, an dessen Kopfraum eine Unterdruckquelle angeschlossen ist, angeordnet ist. Mit fortschreitender Entleerung der Durch- flußleitung gelangt der Atmosphärendruck an der Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit bis zur Entnahmestelle I. Im noch flüssigkeitsbeaufschlagten Restteil der Durchflußleitung nimmt zwar der Druck vom Atmosphärendruck gemäß dem Druckgradienten infolge Druckverlust ab, ohne daß ein Durchgriff des Atmosphärendruckes bzw. des sich ändernden Druckverlaufes durch den "Flüssigkeitspfropfen" hindurch in den Luftabscheider, und damit ein Anheben des dort herrschenden Druckes auf das angehobene Druckniveau in der Durchflußleitung 4 möglich ist. Daher kann der kontinuierlich bis zum Atmosphärendruck ansteigende statische Druck an der Entnahmestelle I auch nicht über die bekannte Druckausgleichs leitung 6 dem Kopfraum des Probenentnahmegefäßes 3 übermittelt werden. Den Auswirkungen der vorgenannten Phase des Druckanstieges an der Entnahmestelle I, die solange währt, wie die Schlauchentleerung bis zu dieser Stelle dauert, und die zu einer erheblichen Verfälschung der Probenmenge führt, kann daher durch das bekannte Verfahren und die vorgeschlagene Druckausgleichsleitung zwischen Probeentnahmegefäß 3 und Luftabscheider 2 nicht wirksam begegnet werden. E s mu ß a b s chlie ß end f e s tge s tellt werd en , d a ß d a s be k a n nte Verfahren die für eine repräsentative Probeentnahme notwendige Bedingung hinsichtlich Druckgleichheit zwischen Entnahmestelle und Probenentnahmegefäß zwar fordert, sie aber in instationären Phasen der Flüssigkeitsüberführung mit den angegebenen Mitteln nicht zu lösen vermag.
Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik und seinen
Nachteilen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Flüssigkeitsproben zu schaffen, bei dem an beliebiger
Stelle aus einer von einem ersten zu einem zweiten Behälter führenden Durchflu-ßleitung in allen Phasen der Überführung des zu prüfenden Flüs sigkeits Volumens in Abhä ngig keit vom Staudruck der Strömung in der Durchflußleitung ein dem
jeweils überführten Gesamtvolumen repräsentatives Volumen abgezweigt wird, wobei die Repräsentativitat sowohl für sehr kleine als auch für sehr große zu probende Flüssigkeitsmengen gleichermaßen gewährleistet sein soll. Die Aufgabe wird durch Anwendung der Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben, während vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten
Verfahrens Gegenstand der abhängigen Ansprüche 10 bis 26 sind. Das erfindungsgemä ße Verfahren stellt die Teilstromentnahme in strenger Abhängigkeit vom Staudruck der in der Durchflußleitung vorliegenden Strömung unter anderem dadurch her, daß der Druckausgleich zwischen dem statischen Druck im
abgezweigten Volumen und dem statischen Druck an der
Entnahmestelle über die Flüssigkeit in der Nähe der
Entnahmes teile erfolgt. Ausgehend von der für das vorliegende Problem allgemein gültigen Beziehung (Gleichung (1)), ist selbstverständlich gewährleistet, daß der geodätische
Höhenunterschied zwischen der Entnahmestelle I und der
Stelle III im Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes einen gegenüber dem Staudruck vernachläs sigbaren kleinen Wert annimmt. Der dritte Term der Gleichung (1) spielt bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung keine Rolle, da die Druckausgleichsstelle stets vor und niemals hinter dem
Rotationsparaboloiden des Luftabscheiders angeordnet ist.
Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens liegen jedoch in der Hauptsache in der Realisierung der staudruckabhängigen Teilstromentnahme auch während des instationären Auslaufzustandes der Überführung. Dies gelingt des weiteren erfindungsgemäß dadurch, daß die Differenz der statischen Drücke an der Entnahmestelle und im abgezweigten Volumen in eine zur Druckangleichung nutzbare Stellgröße abgebildet wird. Sofern diese Stellgröße die Änderung der Spiegeldifferenz einer Flüssigkeitsoberflache ist, kann diese Flüssigkeitsoberfläche ein erfindungsgemäß vorgesehenes Gasvolumen derart komprimieren oder dekomprimieren, daß die angestrebte Druckangleichung zwischen dem statischen Druck an der
Entnahmestelle und dem statischen Druck im abgezweigten Volumen dadurch hergestellt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die Änderung der Spiegeldifferenz der Flüssigkeitsoberflache über einen Schwimmer abzubilden, wobei dieser eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert. Eine andere Vor- ri ch t u ng zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle über die Auslenkung einer Membrane zu steuern, welche einerseits vom statischen Druck der Flüssigkeit an der Ent- nahmesteile und andererseits vom statischen Druck im abgezweigten Volumen beaufschlagt ist.
Es erweist sich im Zusammenhang mit der Entleerung des
Probenvorlaufgefäßes als vorteilhaft, wenn der statische Druck an der Entnahmestelle durch einen wertmäßig gleichen statischen Druck an einer geodätisch tieferliegenden Stelle stromabwärts substituiert wird. Über diese tieferliegende Stelle läßt sich dann das Restvolumen, welches nach Abzweigung eines Teilvolumens als Probe von dem abgezweigten Volumen verbleibt, problemlos in die Durchflußleitung abführen. Als Bemessungskriterium für den geodätischen Höhenunterschied muß gelten, daß bei Nenndurchflußleistung der Druckverlust in der Durchflußleitung zwischen der Entnahmestelle und der tieferliegenden Stelle durch den Druckgewinn infolge des geodätischen Höhenunterschiedes gerade kompensiert wird.
Die Druckangleichung über ein zwischen der Flüssigkeitsober- fläche und dem abgezweigten Volumen angeordnetes Gasvolumen kann noch in besonders wirksamer Weise dadurch unterstützt werden, daß der der Flüssigkeit beim Einströmen in das Gasvolumen innewohnende Strömungsimpuls ausgenutzt wird, um kurzzeitig einen Druckausgleich zwischen dem Druck im Gasvolumen und der Atmosphäre oder einer anderen Druckquelle herzustellen. Unter bestimmten Bedingungen kann es auch von Vorteil sein, wenn die das Gasvolumen verdrängende Flύssig- keit durch Auftriebswirkung an einem in ihm eintauchenden Körper einen Druckausgleich zwischen dem Druck im Gasvolumen und der Atmosphäre oder der anderen Druckquelle herstellt. In diesem Falle wird der bis zum Atmosphärendruck ansteigende statische Druck an der Entnahmestelle na hezu unverzüglich kompensiert. Bei einer streng staudruckabhängigen Teilstromentnahme steht als treibende Druckdifferenz zwangsläufig nur der im Vergleich zum statischen Druck an der Entnahmestelle relativ kleine Staudruck zur Verfügung. Da, entsprechend den Er- fordernissen einer reprä sentativen Probenahme, das Teilungsverhältnis zwischen Teilstrom und Gesamtstrom mit einem großen Stellverhältnis einstellbar sein soll, damit sowohl sehr kleine als auch sehr große Flüssigkeitsmengen geprobt werden können, hat man bislang die unterschiedlichen
Teilungsverhältnisse durch Drosselung eines Durchtrittsquerschnittes realisiert. Kleinste Teilungsverhältnisse führten dabei zu sehr kleinen Offnungsquerschnitten, die verstopfungsanfällig sind und unter ungünstigen Probenahmebedingungen nicht immer den wahren Merkmalswert der über- führten Flüssigkeit erfassen können.
Mit einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens ist es nun erstmals möglich, über den Staudruck selbst kleinste Volumenströme über betriebssichere und noch ausreichend bemessene Durchtrittsquerschnitte des Probeneh- mers an der Entnahmestelle abzuzweigen. Dies gelingt zum einen durch Aufteilung eines Teilstromes, der entweder gleichberechtigt od er ungleichberechtigt d urch strömte Teilquer s chnitte eines Gesamtquerschnittes durchsetzt oder durch Neigung eines vom erzeugten Volumenstrom durchsetzten
Gesamtquerschnittes zur Strömungsrichtung eines Teilstromes in der Durchflußleitung. Im Gegensatz zu den bekannten
Vorrichtungen bleiben bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Durchtrittsquerschnitte unverändert; sie werden lediglich durch ihre erfindungsgemäße Handhabung unterschiedlich wirksam durchströmt. Im erstgenannten Fall wird ein
Gesamtquerschnitt in zwei Teilquerschnitte aufgeteilt, wobei nach wie vor beide Teilquerschnitte durchströmt werden. Um das Stellverhältnis weiter zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der für das abgezweigte Volumen bestimmte Teilquer schnitt nicht nur durch Änderung der Lage des Mengenteilers reduziert wird, sondern daß er sich dabei darüber hinaus in einen Strömungsbereich verlagert, in dem eine zunehmend weniger wirksame Durchströmung gegeben ist. Der Durchtrittsquerschnitt besteht demzufolge aus vielen ungleichberechtigt durchströmten, wahlweise über den Mengenteiler einstellbaren Teilquerschnitten, ohne daß dabei eine Drosselung des den Gesamtquerschnitt durchsetzenden Teilstromes erfolgt.
Das andere vorgeschlagene Verfahren gemäß der Erfindung reduziert den abgezweigten Volumenstrom dadurch, daß die
Neigung eines Durchtrittsquerschnittes zur Strömungsrichtung eines Teilstromes der Durchflußleitung verändert wird. Auch hierbei erfolgt keine Drosselung des Durchtrittsquer- schnittes, sondern eine mehr oder weniger wirksame Durchströmung des vollen Querschnittes unter dem Einfluß des vorliegenden Staudruckes. Zur Durchführung des neuen Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung aus, bei der ein Probenvorlaufgefäß, das über eine Zulaufleitung, die mit einer als Pitotrohr ausgebildeten Eintrittsöffnung versehen ist, mit der Durchflußleitung in Verbindung steht, und das eine im Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes ausmündende Druckausgleichsleitung aufweist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Druckausgleichsleitung andererseits in der Nähe der Entnahmestelle an die Durchflußleitung anzuschließen. Durch diese Maßnahme ist die Bedingung für eine streng mengenproportionale und damit repräsentative Teilstromentnahme mit größtmöglicher Genauigkeit gegeben. Die vorgenannte Gleichung 1 reduziert sich auf den ersten rechtsseitigen Term, da zum einen die Bedingung gleicher geodätischer Höhe für die Stellen I und III einfacher als bei Vorrichtungen nach dem Stand der
Technik zu erfüllen ist und zum anderen eine durch den
Rotationsparaboloiden bedingte Druckdifferenz entfällt. Da der Druckausgleich durch die Flüssigkeit in der Nähe der
Entnahmestelle erfolgt, kann man von Gleichheit der in Frage kommenden Durchtrittsquerschnitte ausgehen, so daß der
Druckverlustbeiwert infolge Querschnittsveränderung und jener infolge Leitungs Verlust entfällt. Gleichung 1 redu- ziert sich somit auf die folgende Proportionalitätsbeziehung zwischen dem Hauptstrom in der Durchflußleitung und dem Teilstrom zum Probenvorlaufgefäß:
( 1a)
Um die sich im instationären Auslaufzustand der Überführung einstellende Differenz, der statischen Drücke an der Ent- nahmestelle und im abgezweigten Volumen in eine nutzbare Stellgröße abbilden zu können, sieht eine Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vor, daß die Druckausgleichsleitung in den Kopfräum eines Behälters ausmündet, und daß ein Tauchrohr vorgesehen ist, das in der Nähe der Entnahmestelle an die Durchflußleitung angeschlos sen ist und in den unteren Bereich des Behälters hinabreicht. Über das vorgeschlagene Tauchrohr führt jede Druckdifferenz zu einem Flüssigkeitsstransport in oder aus dem Behälter, wodurch das Gasvolumen, welches oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet ist, komprimiert oder dekomprimiert wird. Dadurch ist eine unverzügliche Drucka ngleichung zwi s chen d em
s ta tischen Druck an der Entnahmestelle und jenem im abgezweigten Volumen gegeben. Die Änderung der Spiegeldifferenz im vorgenannten Behälter läßt sich, wie dies eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorsieht, über einen Schwimmer erfassen, der eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert. Bei einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung bewirkt die Druckdifferenz eine Auslenkung einer Membrane, die dann in gleicher Weise eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert.
Die Druckangleichung zwischen dem statischen Druck an der Entnahmestelle und dem statischen Druck im Kopfraum des Probe nv orla u f g e f ä ß e s wird u nverzügli c h vollzoge n , wen n , wie dies eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorsieht, die Druckausgleichsleitung auf der Seite zur Durchflußleitung in den Kopfraum eines Behälters
ausmündet, der an seiner Unterseite mit einem großzügig bemessenen Anschluß an die Durchflußleitung angeschlos sen ist. Der apparative Aufwand wird in diesem Zusammenhang dadurch reduziert, daß das Probenvorlaufgefäß und der
Behälter in einem gemeinsamen Behältermantel angeordnet sind und ihre gegenseitige Trennung lediglich über einen
Trennboden erfolgt.
Um negativen Auswirkungen auf die mengenproportionale Teilstromentnahme durch sehr starken Anstieg des statischen Druckes an der Entnahmestelle im instationären Auslaufzustand der Überführung besonders schnell und nachhaltig entgegenzuwirken, wird der Kopfräum des Behälters über ein Ventil mit der Atmosphäre verbunden. Dieses Ventil kann entweder von der mit der Entnahmestelle kommunizierenden Flüssigkeit s chwimmerge s teuert oder durch den dieser im Ausgleichsfalle innewohnenden Strömungsimpuls gesteuert sein.
Zur Durchführung der Teilstromentnahme an der Entnahmestelle unter der Wirkung des Staudruckes sieht eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung vor, daß in der Wandung eines Hohlzylinders ein Schlitz angeordnet ist, welcher sich über den Umfang und in der Längsachse des Zylinders erstreckt, und daß innerhalb des Zylind er s ein Stromteiler vorgesehen ist, der den gesamten Durchtrittsquerschnitt des Schlitzes in einem beliebig einstellbaren Verhältnis auf- teilt. Der Stromteiler hat hinsichtlich des Durchtrittsquerschnittes des Schlitzes keine reduzierende Wirkung; er teilt lediglich den Durchtrittsquerschnitt unterschiedlich auf, wobei nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen ist, daß der für den abgezweigten Volumenstrom in das
Probenvorlaufgefäß vorgesehene Querschnitt des Schlitzes sich in einen Strömungsbereich erstreckt, der eine immer weniger wirksame Durchströmung bewirkt. Während im vordersten Anströmpunkt des Zylinders der Schlitzquerschnitt senkrecht angeströmt wird, erfolgt die Anströmung auf der Seite des Zylinders praktisch parallel zum Durchtrittsquerschnitt, so daß hier keine wirksame Durchströmung mehr gegeben ist.
Zur Realisierung einer weiteren Teilstromentnahme an der Entnahmestelle sieht eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vor, einen an der Entnahmestelle angeordneten Probenehmer als Prandtlsches Staurohr auszubilden, das um eine senkrecht zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung orientierte Achse drehbar gelagert ist. Dabei liefert eine Ausführungsform, bei der der Probenehmer als drehbar gelagerter Zylinder ausgebildet ist, der quer und mittig durch die Durch-Flußleitung hindurchgreift, eine relativ einfache Anordnung. Mit dieser Anordnung ist es möglich, über wenigstens eine senkrecht zur Zylindermantelfläche ausmündende Staubohrung die Teilstromentnahme durch Drehung des Zylinders derart zu verändern, daß zwischen einem maximalen Wert und Nullförderung alle Zwischenzustände mit sehr hoher Reproduzierbarkeit möglich sind. Um die Repräsentativität der Teilstromentnahme weiter zu erhöhen, ist nach einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Staubohrung an einer Stelle in einem Abstand von der Wand der Durchflußleitung angeordnet ist, an der eine mittlere Geschwindigkeit für die Durchfluß- leitung vorliegt. Diese Maßnahme fußt auf der Kenntnis, daß das sich über den Strömungsquerschnitt ändernde Geschwindigkeitsprofil an einer ganz bestimmten und über einen weiten Reynoldsbereich unveränderlichen Stelle die für die Strömung in der Durchflußleitung maßgebliche Durchschnittsgeschwin- digkeit aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung werden anhand von Ausführungsbeispielen in den nachfolgend erläuterten Figuren der Zeichnung im einzelnen näher beschrieben.
Neben Figur 10, die eine bekannte Vorrichtung zeigt, und die lediglich zur Darstellung des Standes der Technik und seiner Nachteile in der Beschreibungseinleitung herangezogen wurde, zeigen
Figuren
1a bis 1c in schematischer Darstellung prinzipielle Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Figur 2 eine Vorrichtung gemäß Figur 1b, wobei die
Druckangleichung über ein Gasvolumen erfolgt;
Figur 3 eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß
Figur 2, wobei die Druckangleichung über ein schwimmergesteuertes Belüftungs ventil erfolgt;
Figuren
4 und 4a in schematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß Figur 1b bzw. 1c mit einer membrangesteuerten Einrichtung zum Druckausgleich; Figuren
5a bis 5d schematische Darstellungen durch weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß Figur 1c, mit einem Behälter zur Intensivierung des Druckaus- gleichs;
Figuren
6a bis 6c schematische Darstellungen eines Probenehmers; Figur 7 einen Mittelschnitt in schematischer Darstellung durch einen anderen Probenehmer im Bereich der Entnahmestelle und
Figuren
8 bis 8d eine abgewandelte Ausführungsform des
Probenehmers gemäß Figur 7 und
Figuren
9 bis 9d schematische Darstellungen der möglichen
Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an beliebiger Stelle innerhalb eines Milchannahmesystems. Die Figuren 1a bis 1b zeigen Grundsatzlösungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine Durchflußleitung 4 (Figur 1a) wird von einer Flüssigkeitsströmung mit der Geschwindigkeit cI durchströmt. An einer Entnahmestelle I befindet sich die Eintrittsöffnung einer Zulaufleitung 5 , die in den Kopfräum eines Probenvorlaufgefäßes 3 führt. Sie ist an der Entnahmestelle I als Pitotrohr ausgebildet. Eine Druckausgleichsleitung 6 ist einerseits in der Nähe der Entnahmestelle I an die Durchflußleitung 4 und andererseits an den Kopfraum des Probenvorlaufgefä ßes 3 angeschlossen. Sie mündet senkrecht zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung in diese ein, so daß an der Anschlußstelle II der statische Druck an der Entnahmesteile I wirkt. Durch die Druckausgleichsleitung 6 wird der statische Druck im Probenvorlaufgefäß 3 dem statischen Druck an der Entnahmestelle I angeglichen. Da an der Entnahmestelle I der Gesamtdruck der Strömu ng , d e r s ich a u s dem s ta tis che n Dru c k u nd d em St a u d ru c k zusammensetzt, herrscht, unterliegt die Zulaufleitung 5 insgesamt einer Druckdifferenz, die dem Staudruck der Strömung in der Durchflußleitung 4 entspricht. Der Staudruck ist somit die treibende Druckdifferenz für das über die Zulaufleitung 5 in das Probenvorlaufgefäß mit der Geschwindigkeit cPr abgezweigte Flüssigkeit svolumen 3a. Die dargestell- te Anordnung ergibt eine Teilstromentnahme in das Probenvorlaufgefäß 3, die streng proportional zum Volumenstrom in der Durchflußleitung 4 ist.
Figur 1b zeigt eine Anordnung, bei der sich die Anschlußstelle II der Druckausgleichsleitung 6 an die Durchfluß- leitung 4 in einem Abstand stromabwärts von der Entnahmestelle I befindet. Der Fehler, den diese Anordnung hinsichtlich des Druckausgleichs zwischen der Entnahmestelle I und dem Kopfraum des Probenvorlaufgefä ßes 3 mit sich bringt, besteht im geringfügigen Druckverlust zwischen den Stellen I und II. Andererseits hat diese Anordnung den Vorteil, daß sich die Strömungsvorgänge und die Strömungsfelder an den Stellen I und II nicht gegenseitig beeinflussen, und daß sich aus dieser Grundsatzlösung Ausgestaltungen ableiten lassen, die die gestellte Aufgabe in hervorragender Weise lösen.
In Figur 1c ist eine weitere Anordnung der Vorrichtung dargestellt, bei der die Druckausgleichsleitung 6 an einen abwärts gerichteten Leitungsteil 4 der Durchflußleitung 4 angeschlossen ist. Dabei wird der geodätische Höhenunterschied so gewählt, daß er bei Nennförderleistung dem Druckverlust I-II d er Durchflußleitung 4 zwischen der Entnahmestelle I und der Anschlußstelle II entspricht. Die Druckausgleichsleitung 6 verläuft von der Anschlußstelle II aufsteigend bis in einen Dom 3b oberhalb des Kopfraumes des Probenvorlaufgefäßes 3. Durch die letztgenannte Anordnung besitzt die Druckausgleichsleitung 6 auch die Funktion einer Füllstandsbegrenzung für das Probenvorlaufgefäß 3.
Die Vorrichtung gemäß Figur 2 stellt eine Weiterentwicklung der Vorrichtung gemäß Figur 1b dar. Im Unterschied zur letztgenannten Vorrichtung ist zusätzlich ein Behälter 17 vorgesehen, in dessen Kopfräum die Druckausgleichsleitung 6 ausmündet. Ein Tauchrohr 17b ist in der Nähe der Entnahmestelle 1 an die Durchflußleitung 4 angeschlossen und reicht in den unteren Bereich des Behälters 17 hinab. Ein Teil des Kopfraumes des Probenvorlaufgefäßes 3 reicht in die Durchflußleitung 4 hinein und ist somit Teil des Probenehmers mit der Zulaufleitung 5. Eine Druckdifferenz zwischen der Entnahmestelle I und dem abgezweigten Volumen 3a bewirkt einen Zustrom oder eine Abführung von Flüssigkeit in den bzw. aus dem Behälter 17. Die sich dadurch ergebende Änderung der Spiegeldifferenz Δz führt zu einer Kompression bzw. Dekom- pression des Gasvolumens, welches sich oberhalb der Flüssigkeit im Probenvorlaufgefäß 3 und im Behälter 17 befindet. Der abgezweigte Volumenstrom muß über die Zulaufleitung 5 gegen einen statischen Druck austreten, der durch die Höhe H der Flüssigkeit im Tauchrohr 17b bestimmt wird. Der aus der Höhe H resultierende Druck verfälscht geringfügig die staudruckabhängige Probenahme. Die Höhe H kann jedoch so klein bemessen werden, daß sie im Verhältnis zur Straudruckhöhe vernachlässigt werden kann. In der Phase der stationären Flüssigkeitsüberführung in der Durchflußleitung 4 befindet sich der Flüs sigkeits spiegel im Behälter 17 an der Unterkante des Tauchrohres 17b. Die Vorrichtung gemäß Figur 3 entspricht in wesentlichen
Teilen jener gemäß Figur 2. Auch bei dieser Vorrichtung wird die Änderung der Spiegeldifferenz in dem Behälter 17 genutzt, um die geforderte Druckangleichung zu erreichen.
Allerdings erfolgt die Druckangleichung nicht mehr über das vorgenannte Gasvolumen, sondern über ein schwimmergesteuertes Belüftungs ventil 27, welches eine auf das abgezweigte Volumen wirksame Druckquelle steuert. Der Behälter 17 kann wesentlich kleiner sein als der Behälter 17 bei der Vorrichtung gemäß Figur 2, da er lediglich soviel Flüssigkeitsvorläge 17c aufweisen muß, daß ein Schwimmer 26, der das Belüftungsventil 27, bestehend aus einem Schließglied 27a, einem Ventilsitz 27b und einem an einer Ventilstange angeordneten Anschlag 27c, in allen Betriebsfällen ausreichend Auftrieb erfährt. Das Schließglied 27a und der Ventilsitz 27b sind so ausgebildet, daß sie unter dem Schwimmerhub als Regelventil mit einer gewünschten Regelcharakteristik arbeiten. Damit geringfügige Druckschwankungen sich nicht unmittelbar in einem Eingriff des Belüftungsventils niederschlagen, besitzt der Schwimmer 26 in seiner normalen Betriebslage ein gewisses Spiel gegenüber der Stange des Belüftungsventils 27, das durch den Anschlag 27c bestimmt wird.
In Figur 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, die eine fortentwickelte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Figur 1b darstellt. Im Bereich der Entnahmestelle I ist ein Druckmeßgerät 12 mit einer Membrane 12a und einer deren Auslenkung erfassenden Vorkehrung 12b angeordnet, das eine an den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes 3 angeschlossene Druckquelle 14 steuert. Die Membrane 12a ist einerseits vom statischen Druck der Flüssigkeit an der Entnahmestelle I und andererseits vom statischen Druck über dem abgezweigten Volumen im Probenvorlaufgefäß 3 mittels einer zweiten Druckausgleichsleitung 24 beaufschlagt. Somit kann in Abhängigkeit von der sich zwischen der Entnahmestelle I und dem Probenvorlaufgefäß 3 im instationären Auslaufzustand der Überführung unter Umständen einstellenden statischen Druckdifferenz die Druckangleichung über die Druckquelle 14 forciert werden. Die Auslenkung der Membrane 12a wird über eine Signalleitung 15a einem Steuergerät 13 übermittelt, welches über eine zweite Signalleitung 15b die Druckquelle 14 ansteuert.
Linksseitig von der Entnahmestelle I ist in Figur 4 ein Druckverlauf p(1) dargestellt, wie er sich beispielsweise bei einer Schlauchentleerung bzw. Entleerung der Durchflußleitung vom Eintritt in den Schlauch bzw. die Durchflußleitung und in Richtung der Entnahmestelle I mit der Geschwindigkeit cI ausbreitet. Links von der Flüssigkeitsgrenzfläche befindet sich der Atmosphärendruck p0 , während sich rechts davon ein Druckgradient dp/dl einstellt, wie er aus dem Druckverlust des in der Durchflußleitung 4 strömenden Volumenstromes resultiert. Man erkennt, daß der Druck an der Entnahmestelle I von einem relativ niedrigen Druck im stationären Zustand der Überführung bis zum Atmosphärendruck p0 anwächst. Für den Fall, daß die Schlauchentleerung zu einem Zeitpunkt eintritt, an dem sich im Probenvorlaufgefäß 3 oberhalb des abgezweigten Volumens ein Luftvolumen befindet, würde die Druckerhöhung an der Entnahmestelle I einen druckausgleichsbedingten Flüssigkeitstransport aus der Durchflußleitung 4 und über die Zulaufleitung 5 in das Probenvorlaufgefäß 3 bewirken. Die bis zu diesem Zeitpunkt staudruckabhängige Teilstromentnahme würde von einem infolge der statischen Druckdifferenz zusätzlichen Ausgleichsstrom überla gert, so daß eine Mengenproportionalität zwischen dem Teilstrom und dem Volumenstrom in der Durchflußleitung 4 nicht mehr gegeben ist. Die gezeigte Vorrichtung steuert dem vorgenannten Effekt nun dadurch entgegen, daß die Auslenkung der Membrane 12a benutzt wird, um, wie dies die Vorrichtung gemäß Figur 4 zeigt, eine Druckquelle 14 derart zu steuern, daß unverzüglich mit dem Eintritt des Ereignisses Druckmittel über die Belüftungsleitung 16 dem Probenvorlaufgefä ßes 3 zugeführt wird. Die Funktion des Behälters 17 und seines an die Durchflußleitung 4 angeschlos senen Tauchrohres 17b wurde bereits bei den Vorrichtungen gemäß Figuren 2 und 3 erläutert.
Die Vorrichtung gemäß Figur 4a entspricht in ihren wesent- liehen Teilen jener gemäß Figur 4, wobei das Probenvorlauf- gefäß 3 nach der Grundsatzlösung gemäß Figur 1c ausgebildet und angeordnet ist. An Stelle des Tauchrohres 17b der Vorrichtung gemäß Figur 4 tritt bei der Vorrichtung gemäß Figur
4a die Druckausgleichsleitung 6, die an den abwärts gerich- teten Leitungsteil 4 angeschlos sen ist, einen aufsteigenden
Verlauf aufweist und bis in den Kopfraum des Probenvorlauf- gefäßes 3 hineinreicht.
Figur 5a zeigt eine weitere Ausges taltung der Vorrichtung gemäß Figur 1c. Die Druckausgleichsleitung 6 ist nicht, wie bei der Vorrichtung gemäß Figur 1c, über die Anschlußsteile II an die Durchflußleitung 4* unmittelbar angeschlossen, sondern es ist ein Behälter 17 zwischengeschaltet, in dessen
Kopfraum die Druckausgleichsleitung 6 einmündet und der an seiner Unterseite mit einem Anschluß 17a mit der Durchfluß- leitung 4* in Verbindung steht. Falls nun der vorstehend geschilderte Fall eines Druckanstiegs an der Entnahmestelle I eintritt, teilt sich dieser Druckanstieg mit einer geringen zeitlichen Verzögerung der mit der Entnahmestelle I kommunizierenden Flüssigkeit an der Stelle II mit, wodurch diese teilweise über den Anschluß 17a in den Behälter 17 einströmt und dort einen Anstieg des Flύssigkeitsspiegels um die Höhendifferenz Δz bewirkt. Durch diesen Anstieg wird Luftvolumen über die Druckausgleichsleitung 6 in den Kopfraum des Probenvorlaufgefä ßes 3 verdrängt, so daß eine An- gleichung des statischen Druckes an den statischen Druck im Bereich der Entnahmestelle I erfolgt. In Figur 5b ist eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Figur 5a gezeigt, bei der das Probenvorlaufgefäß 3 und der Behälter 17 in einem gemeinsamen Behältermantel 3d angeordnet sind und ihre gegenseitige Trennung über einen Trennboden 3c erfolgt.
Bei der Vorrichtung gemäß Figur 5c weist der Behälter 17 zusätzlich ein schwimmergesteuertes Ventil 18 auf, dessen Schwimmer 18a bei Anstieg der in den Behälter 17 einströmenden Flüssigkeit angehoben wird, so daß er über eine Stange 18b ein Schließglied 18c von seiner Sitzfläche anhebt, wodurch ein Durchgriff des Atmosphärendruckes pO in den Behälter 17 und somit über die Druckausgleichsleitung 6 in den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes 3 gegeben ist. Solange die Flüssigkeit im Behälter 17 das gezeigte Niveau beibehält, bleibt das schwimmergesteuerte Ventil 18 geöffnet.
Im Gegensatz zur Vorrichtung gemäß Figur 5c weist die Vorrichtung gemäß Figur 5d ein vom Strömungsimpuls der in den Behälter 17 eintretenden Flüssigkeit gesteuertes Ventil 19 auf, welches aus einem Stauteller 19a, einer Stange 19b und einem Schließglied 19c besteht, und das nach Abklingen des Strömungsimpulses selbsttätig in seine Schließlage zurücksinkt. Solange das Ventil 19 in seiner Öffnungsstellung verharrt, ist der Kopfraum des Behälters 17 und damit auch der Kopfraum des Probenvorla ufgefä ßes 3 mit der Atmosphäre verbunden. Es ist nun in diesem Zustand durchaus denkbar, daß der statische Druck an der Entnahmestelle I geringer ist als der statische Druck im Probenvorlaufgefäß 3, da hier durch die Belüftungsmaßnahme kurzzeitig Atmosphärendruck pO herrscht. Da aber die Stellen I und II miteinander kommunizieren, und die statische Druckdifferenz zwischen ihnen relativ gering ist, wird eine Abströmung von Flüssigkeit aus dem Behälter 17 über die Anschlußstelle II in die Durchfluß- leitung 4 einsetzen, so daß bei ges chlos senem Ventil 19 eine Druckabsenkung und ein Gleichgewicht der Drücke
zwischen der Entnahmestelle I und dem Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes 3 herbeigeführt wird. Die Figuren 6, 6a bis 6c zeigen einen Probenehmer 20 mit den möglichen Stellungen eines Stromteilers 25. In einem quer zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung 4 angeordneten Hohlzylinder 22 ist ein Schlitz 22b vorgesehen, der dessen Wa nd ung durchbricht, wobei er sich vom vordersten Anströmpunkt des Zylinders 22 zur einen Seite über den Umfang und in der Längsachse des Zylinders erstreckt. Der Stromteiler 25 (vgl. Figur 6) teilt den Durchtritt squerschnitt des
Schlitzes 22b in zwei Teilquerschnitte. Der untere Teilquerschnitt steht mit der Zulaufleitung 5 zum Probenvorla uf gef äß in Verbindung, so daß über ihn der Probenstrom QPr zum Probenvorlaufgefäß 3 abgezweigt wird. Insgesamt wird der
Schlitz 22b von dem Volume n s trom Q durchsetzt. Ein Teilstrom Q-QPr strömt nach oben über den Hohlzylinder 22 ab und verläßt diesen über eine Abströmöffnung 22c. Ein erster Spülström QS1 gelangt über eine Zuströmöffnung 22d in den Hohlzylinder 22, um diesen über die Abströmöffnung 22c wieder zu verlassen. Über den Stromteiler 25 ist der für die Teilstromentnahme in das Probenvorlaufgefäß 3 relevante Durchtrittsquerschnitt des Schlitzes 22b beliebig zu verändern, ohne daß sein Gesamtquerschnitt reduziert wird. Figur 6a zeigt den vorstehend beschriebenen Probenehmer 20 in einer Seitenansicht. In Figur 6b ist der Stromteiler 25 in zwei weiteren diskreten Stellungen (25; 25*) innerhalb des Probenehmers 20 angeordnet. In der oberen Stellung hat er den
Durchtrittsquerschnitt des Schlitzes 22b vollständig freigegeben. Der Probenstrom QPr entspricht dem ungeschmälerten Volumenstrom Q, der den Schlitz 22b insgesamt durchsetzt. Über die Zuströmöffnung 22d und die Abströmöffnung 22c fließt ein zweiter Spülstrom QS2 . In der unteren Stellung des Stromteilers 25* ist die Verbindung zwischen dem Schlitz 22b und der Zulaufleitung 5 zum Probenvorlaufgefäß 3 vollständig geschlossen. Der über den Schlitz 22b in den Hohlzylinder eintretende Volumenstrom Q fließt ebenfalls über die Abströmöffnung 22c in die Durchflußleitung 4 ab.
In Figur 6c befindet sich der Stromteiler 25 in seiner obersten Schaltlage, in der der Probenehmer 20 in vorteilhafter Weise und sehr wirkungsvoll gereinigt werden kann. Ein Reinigungshauptstrom QR tritt über die Zuströmöffnung
22d in den Hohlzylinder 22 ein und verzweigt sich dort in den ersten und den zweiten Reinigungsteilstrom QR1 bzw. QR2.
Der erste Reinigungsteilstrom QR1 fließt über die Zulaufleitung 5 in das Probenvorlaufgefäß 3, der zweite Reinigungsteilstrom QR2 strömt über die Abstromöffnung 22c in die
Durchflußleitung 4. Über den Schlitz 22b gelangt ein dritter Reinigungsteilstrom QR3 in die Zulaufleitung 5. Der gesamte
Probenehmer 20 ist somit vollständig mit allen seinen mit Milch in Berührung kommenden Oberflächen reinigbar.
In Figur 7 ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines
Probenehmers 20 im Bereich der Entnahmestelle I dargestellt. Er ist als sogenanntes Prandtlsches Staurohr ausgebildet, welches eine Staubohrung 20a und eine Druckbohrung 20b auf- weist. Die Staubohrung weist die Funktion eines Pitotrohres auf, wodurch der Gesamtdruck der Strömung als Summe aus statischem Druck und Staudruck gemessen werden kann, während die Druckbohrung als Drucksonde fungiert und lediglich den statischen Druck der Strömung mißt. Die Staubohrung 20a steht mit der Zulaufleitung 5 und die Druckbohrung 20b mit der Druckausgleichsleitung 6 in Verbindung. Der Probenehmer 20. ist um eine senkrecht zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung 4 orientierte Achse drehbar gelagert. Durch Drehung um den Winkel α wird der Eintrittsquerschnitt der Staubohrung gegen die Strömungsrichtung in der Durchflußleitung geneigt, so daß sich dadurch die Teilstromentnahme reduziert. Es ist eine Neigung zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung möglich, bei der die Staubohrung und damit die Zulaufleitung 5 Nullförderung aufweist. Die Entnahme- stelle I befindet sich in einem radialen Abstand a von der Wandung der Durchflußleitung 4, wobei der Abstand a so bemessen ist, daß an dieser Stelle gerade die mittlere Geschwindigkeit cIm gegeben ist. In Figur 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Probenehmers 20 gemäß Figur 7 dargestellt, wobei der Staukörper selbst die Form eines Zylinders 22 besitzt. Der Zylinder 22 greift quer und mittig durch die Durchflußleitung 4 hindurch und weist wenigstens eine Staubohrung 22a auf, die senkrecht zur Zylindermantelfläche ausmündet. Die Staubohrung 22a ist wiederum mit der Zulaufleitung 5 verbunden, während die
Druckausgleichsleitung 6 an einer anderen, stromabwärts gelegenen Stelle an die Durchflußleitung 4 bzw. 4* angeschlossen ist. Der Zylinder 22 befindet sich konzentrisch inner- halb eines Gehäuses 21, wobei zwischen der Zylindermantelfläche und dem Gehäuse ein Durchtrittsquerschnitt gebildet wird, der zweckmäßig gleich oder etwas kleiner als der
Durchtrittsquerschnitt der Durchflußleitung bemessen ist. Auf diese Weise wird innerhalb des Gehäuses 21 Strömungsab- lösung verhindert, wodurch eine exakte Teilstromentnahme mit hoher Reproduzierbarkeit gegeben ist. Figur 8b zeigt einen zylinderförmigen Staukörper 22, bei dem sich die an ihm angeschlossene Zulaufleitung 5 in mehr als eine Staubohrung verzweigt. Im dargestellten Beispiel verfügt der Zylinder 22 über drei Staubohrungen 23a, 23b und 23c. Durch die gezeigte Vorrichtung wird die Teilstromentnahme aus dem gesamten Querschnitt der Durchflußleitung 4 gesseist, wodurch gegebenenfalls vorhandene Schichtungen der Konzentration von Milchinhaltsstoffen besser erfaßt werden können.
Die Figuren 9, 9a und 9b zeigen die Möglichkeiten hinsichtlich der prinzipiellen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an beliebiger Stelle in der Durchflußleitung 4 eines Flüssigkeitsannahme- und Meßsystems, z.B. für Milch. Da die Teilstromentnahme aus der Durchflußleitung 4 allein in Abhängigkeit von dem d ort herrs chend en Sta udru ck erfolgt , ist sie in jed em Falle unabhängig von dem jeweils vorliegenden statischen Druckniveau. In Figur 9 befindet sich die Vorrichtung zwischen einer ersten Pumpe 8 und einem Luftabscheider 2. Die Pumpe 8 fördert die Flüssigkeit aus einem ersten Behälter 1 über einen Schlauch 4a in den Luftabscheider 2.
Bei der Anordnung gemäß Figur 9a befindet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auf der Saugseite der ersten Pumpe 8.
In Figur 9b ist eine weitere Anordnung gezeigt, bei der die Durchflußleitung 4 an einen Luftabscheider 2 angeschlossen ist, dessen Kopfraum mit einer Unterdruckquelle 10 in Verbindung steht. Die Abforderung der Flüssigkeit aus dem Luftabscheider 2 erfolgt über eine in der nachgeordneten Durchflußleitung 4b angeordnete zweite Pumpe 9. Insbesondere bei Anordnungen gemäß den Figuren 9a und 9b zeigen sich die Vorteile des neuen Verfahrens und der Vorrichtung zu seiner Durchführung. Bei diesen Anordnungen kann nämlich der statische Druck an der Entnahmestelle beim Leersaugen des
Schlauches 4a von einem relativ niedrigen Druck während der stationären Überführungspha se bis auf Atmosphärendruck in der instationären Auslaufphase ansteigen. Die bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik durch diese Druckänderung gegebene Verfälschung der Teilstromentnahme ist, wie
vorstehend erläutert, beträchtlich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung von Flüs sigkeit sproben aus einer von einem ersten zu einem zweiten Behälter führenden Durchflußleitung, bei dem jeweils während der Überführung eines zu prüfenden Flüssigkeitsvolumens ein dem überführten Gesamtvolumen repräsentatives Volumen aus der
Durchflußleitung abgezweigt, gesammelt und am Ende der Überführung dem gesammelten Volumen ein Teilvolumen als Probe entnommen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das abgezweigte Volumen aus der Durchflußleitung in an sich bekannter Weise in vom Staudruck abhängiger Menge fortlaufend entnommen wird, daß der statische Druck im abgezweigten Volumen dem statischen Druck an der und über die Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmestelle unverzüglich angeglichen wird, wobei die Differenz der statischen Drücke in eine zur Druckangleichung nutzbare Stellgröße abgebildet wird, und zwar ohne druckausgleichsbedingten Flüssigkeitstransport in das oder aus dem abgezweigten Volumen. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Änderung der Spiegeldifferenz einer Flüssigkeitsoberfläche, die mit der Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmestelle kommuniziert und an der die
Differenz der statischen Drücke an der Entnahmestelle und im abgezweigten Volumen angreift, als Stellgröße vorgesehen ist. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kompression oder Dekompression eines zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem abgezweigten
Volumen angeordneten Gasvolumens vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmestelle kommunizierende Flüs sigkeitsbereich durch einen ihm innewohnenden Strömungsimpuls eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der mit der Flüssigkeit in der Nähe der Entnahmestelle kommunizierende Flüssigkeitsbereich durch Auftriebswir kung an einem in ihm eintauchenden Körper eine auf das abgezweigte Volumen wirkende Druckquelle steuert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet,
daß der statische Druck an der Entnahmestelle durch einen bei einer Nenndurchflußleistung wertmäßig gleichen statischen Druck an einer geodätisch tieferliegenden Stelle stromabwärts substituiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet,
daß das abgezweigte Volumen aus einem durch den Staudruck erzeugten Volumenstrom resultiert, der bemessen wird durch Aufteilung eines Teilstromes, der entweder gleichberechtigt oder ungleichberechtigt durchströmte Teilquerschnitte eines Gesamtquerschnittes durchsetzt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet,
daß das abgezweigte Volumen aus einem durch den Staudruck erzeugten Volumenstrom resultiert, der bemessen wird durch Neigung eines vom erzeugten Volumenstrom durchsetzten Gesamtquerschnittes zur Strömungsrichtung eines Teilstromes der Durchflußleitung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt zusätzlich quer zur
Strömung in der Durchflußleitung verschoben wird. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Probenvorlaufgefäß, das über eine Zulaufleitung, die mit einer als Pitotrohr ausgebildeten Entrittsöffnung versehen ist, mit der
Durch-Flußleitung in Verbindung steht, und das eine im Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes ausmündende Druckausgleichsleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckausgleichsleitung (6) in der Nähe der Entnahmestelle (I) an die Durchflußleitung (4) angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckausgleichsleitung (6) in den Kopfraum eines Behälters (17) ausmündet, und daß ein Tauchrohr (17b) vorgesehen ist, das in der Nähe der Entnahme- stelle (I) an die Durchflußleitung (4) angeschlossen ist und in den unteren Bereich des Behälters (17) hinabreicht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Behälter (17) ein über einen in diesem angeordneten Schwimmer (26) gesteuertes Belüftungsventil (27) vorgesehen ist, welches die Verbindung zu einer auf das abgezweigte Volumen wirkenden Druckquelle (14) steuert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußleitung (4) hinter der Entnahmestelle (I) einen abwärts gerichteten Leitungsteil (4* ) aufweist, an den eine aufsteigende, bis in den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes (3) hineinreichende, dessen
Füllstand begrenzende Druckau sgleich sleitung ( 6 ) anges chlos sen ist .
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Druckmeßgerät (12) im Bereich der Entnahmestelle (I) vorgesehen ist, das über die Auslenkung einer Mem- brane (12a), die einerseits vom statischen Druck der
Flüssigkeit an der Entnahmestelle (I) und andererseits vom statischen Druck über dem bzw. im abgezweigten Volumen im Probenvorlaufgefä ß (3) mittels einer zweiten Druckausgleichsleitung (24) beaufschlagt ist, eine an den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes (3) angeschlossene Druckquelle (14) steuert.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckausgleichsleitung (6) auf der Seite zur Durchflußleitung (4 ) in den Kopfraum eines Behä lter s
(17) ausmündet, der an seiner Unterseite mit einem AnSchluß (17a) an die Durchflußleitung (4*). angeschlossen ist, wobei sein Durchtrittsquerschnitt jenem der Durchflußleitung (4* ) entspricht
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das Probenvorlaufgefä ß (3) und der Behälter (17) in einem gemeinsamen Behältermantel (3d) angeordnet sind, und ihre gegenseitige Trennung über einen Trennboden (3c) erfolgt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopfraum des Behälters (17) über ein schwimmergesteuertes Ventil (18) mit der Atmosphäre oder einer anderen Druckquelle verbunden wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopfraum des Behälters (17) über ein durch den Strömungsimpuls der Flüssigkeit im Behälter (17) gesteuertes Ventil (19) mit der Atmosphäre oder der anderen Druckquelle verbunden wird.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Probenehmer (20) an der Entnahmestelle (I) als
Pitotrohr ausgebildet ist, das als Stauöffnung einen Schlitz (22b) aufweist, welcher die Wandung eines quer zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung (4) angeordneten Hohlzylinders (22) durchbricht, wobei sich der Schlitz (22b) vom vordersten Anströmpunkt des
Zylinders (22) zur einen Seite über den Umfang und in der Längsachse des Zylinders erstreckt, daß innerhalb des Zylinders (22) ein Stromteiler (25) vorgesehen ist, der den gesamten Durchtrittsquerschnitt des Schlitzes (22b) in einem beliebig einstellbaren Verhältnis aufteilt, und daß der Schlitz (22b), von seinem vordersten Anströmpunkt und in Richtung seines axialen Verlaufes gesehen, an die Zulaufleitung (5) angeschlossen ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromteiler (25) den Schlitz (22b) von der Zulaufleitung (5) vollständig absperrt oder daß er den gesamten Durchtrittsquerschnitt des Schlitzes (22b) vollständig zur Zulaufleitung (5) freigibt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Probenehmer (20) an der Entnahmestelle (I) als Prandtlsches Staurohr mit einer Staubohrung (20a) und einer Druckbohrung (20b) ausgebildet ist, das um eine senkrecht zur Strömungsrichtung in der Durchflußleitung (4) orientierte Achse drehbar gelagert ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß der Probenehmer (20) als ein drehbar gelagerter
Zylinder (22), der quer und mittig durch die Durchflußleitung (4) hindurchgreift, ausgebildet ist, und daß wenigstens eine Staubohrung (22a) senkrecht zur Zylindermantelfläche ausmündet.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die Staubohrung (20a; 22a) an einer Stelle in einem Abstand (a) von der Wand der Durchflußleitung (4) angeordnet ist, an der eine mittlere Geschwindigkeit (cIm) für die Durchflußleitung (4) vorliegt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß der Probenehmer (20; 22) mehr als eine über den Querschnitt der Durchflußleitung (4) verteilte, als Pitotrohre ausgebildete Staubohrung (23a, 23b, 23c) aufweist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, d ad ur ch gekennzeichnet,
daß der Probenehmer (20) und das Probenvorlaufgefäß (3) derart eine Anordnung bilden, daß die Staubohrung
(20a; 22b) und die Druckbohrung (20b) unmittelbar in den Kopfraum des Probenvorlaufgefäßes (3) ausmünden, der mit seinem oberen Teil in die Durchflußleitung (4) hineingreift.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (17) in enger Verbindung auf annähernd gleicher Höhe mit dem Probenvorlaufgefäß (3) angeordnet ist, daß die Druckbohrung (20b) das
Probenvorlaufgefäß (3) und den Behälter (17) miteinander verbindet, und daß das Tauchrohr (17b) einerseits als Drucksonde an die Durchflußleitung (4) angeschlossen ist, den Kopfbereich des Behälters (17) dichtend durchdringt und andererseits bis in dessen Bodenbereich hinabreicht.
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