DE1498604B2 - - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur konti- derart aufeinander abgestimmt sind, daß der ver-

nuierlichen Messung der Menge von in strömenden änderliche Einfluß des Reflexionsvermögens der zu

Flüssigkeiten suspendierten Feststoffteilchen, ins- messenden Teilchen ausgeschaltet wird, und daß die

besondere zur Kontrolle von Flugbenzin, bestehend drei Elemente die Zweige einer Brückenschaltung

aus einer von der Flüssigkeit durchströmten Meßzelle, 5 bilden, in der die beiden gleichwinkligen Elemente

einer Beleuchtungseinrichtung, die durch ein Fenster gegenüberliegen und deren vierter Zweig einen ein-

den Zelleninhalt mit einem Parallellichtbündel be- stellbaren Eichwiderstand enthält,

leuchtet, und einer seitlich von diesem Lichtbündel Dies ist physikalisch möglich, weil im allgemeinen

angeordneten photoelektrischen Einrichtung zum bei einer Verunreinigung mit einem bestimmten

Messen des Streulichtes. io Reflexionsvermögen unterschiedliche Lichtmengen in

Die Vorrichtung bezieht sich insbesondere auf die verschiedenen Winkeln im lichtstreuenden Raum der Prüfung flüssiger Kohlenwasserstoffe, wie Kerosin, Meßzelle gestreut werden und das Verhältnis der in die bekanntlich keine Feststoffteilchen enthalten zwei verschiedenen Richtungswinkeln gestreuten Lichtsollen und deshalb kontinuierlich auf die Anwesenheit mengen vom Reflexionsvermögen der Verunreinigung solcher Stoffe zu prüfen sind. Die für diesen Zweck 15 abhängt.

bisher bekannten Vorrichtungen arbeiten mit nur Besonders vorteilhaft wird die Vorrichtung so auseinem optischen System und deshalb ungenau, weil gelegt, daß der Winkel zwischen der Richtung des auf diese Weise nur ein einziger Wert gemessen werden einfallenden Lichtbündels und der aufgefangenen kann und keine Unterscheidungsmöglichkeit zwischen Streustrahlung bei den beiden gleichwinkligen EIeder Teilchengröße und deren Reflexionsvermögen 20 menten 45° und beim dritten Element 135° beträgt, besteht. Auch scheiden die für eine Messung von Durch Probemessung von Flüssigkeiten mit Teilchen Streulichtbanden bekannten Spektralfotometer für verschiedener Oberflächensumme und gleichem Reden vorliegenden Zweck aus, weil man damit zwar ein flexionsvermögen lassen sich leicht die Zahlenwerte vom Teilchenradius abhängiges Bandenspektrum in zur Eichung der Vorrichtung ermitteln und mit den Abhängigkeit vom Streuwinkel ermitteln kann, jedoch 25 bevorzugten Komplementärwinkeln von 45 und 135° nur für Tröpfchennebel und auch nur für bestimmte auch die Meßergebnisse und die Wirkungsweise der Lichtwellenlängen mit einer entsprechenden mono- erfindungsgemäßen Vorrichtung rechnerisch darchromatischen Lichtquelle für den betreffenden Stoff stellen. Es zeigt sich, daß der Widerstand eines im und weil auch die erforderliche Änderung des Be- Winkel von 135° zum Lichtbündel angeordneten trachtungswinkels einer solchen Vorrichtung noch 30 Elementes durch die folgende Gleichung ausgedrückt keineswegs zum Ziel führt. werden kann:

Eine als Nephelometer bekannte Vorrichtung zur ι

Ermittlung schwebender Teilchen in Flüssigkeiten hat r^s — > (I)

bereits eine elektronische Anzeige, welche gegenüber . K-R-A

rein optischen Vorrichtungen dieser Art auch einen 35 ^worm

laufenden Vergleich zwischen der durch entsprechende K eine Konstante,

Blenden abgeschwächten Hauptlichtquelle einerseits R das Reflexionsvermögen des verunreinigenden

und der durch senkrechte Reflexion des Hauptstrahles Feststoffes im Gehäuse und

durch die Flüssigkeit gebildeten Streulichtquelle A die Oberflächengröße der festen Verunreinigung

andererseits ermöglicht. Zu diesem Zweck werden 40 im Gehäuse ist.

beide Lichtquellen auf einen Detektor fokussiert und Ferner wurde die folgende empirische Beziehung durch eine Rotationsblende alternierend eingeschaltet, zwischen dem Widerstand einer im Winkel von 45° so daß der Detektor in Form eines Fotovervielfachers zum Lichtstrahl angeordneten Photozelle (V₄₅) und entsprechende Meßwerte liefern kann. Die Arbeits- dem Widerstand der obengenannten Zelle (r₁₃₅) und weise dieser Vorrichtung ist ein Tastverfahren und für 45 dem Reflexionsvermögen (i?) festgestellt:
den praktischen Gebrauch auch hinreichend »kontinuierlich«, jedoch nicht in der Lage, die Anteile der ^ri35 _ ^, _ „ ,jj..
Streulichtmessung durch das Reflexionsvermögen bzw. ^₄₅
durch die Summe der Teilchenoberflächen, ausein-

■n. T^ c λ ι· j. j· λ * ι. j · Bei der graphischen Darstellung von-^- in Ab-

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine ^{s y} ^₅

Vorrichtung zu entwickeln, mit welcher sich die hängigkeit von R wurde eine Gerade durch Null

Summenoberfläche der Teilchen einwandfrei ermitteln erhalten. Multiplikation von (I) und (II) ergibt
läßt und Änderungen des Reflexionsvermögens der

Teilchen eliminiert werden. 55 Vis&r K

Eine Vorrichtung, mit der sich diese Aufgabe lösen ^r45 KA

läßt, und deren kontinuierliche Auswertung der d. h.
Flüssigkeitsmessung mit elektronischen Mitteln in

überraschend einfacher Weise auch die Einschaltung ^ — _od_er κ"Α, wobei K" = ——.

eines Signalgerätes bei Überschreitung eines vor- 60 (^₁₃₅)² K' ' K'

gegebenen Grenzwertes der Teilchen ermöglicht,

ergibt sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die _c .... r₄₅ . _Λ. _n... ,. _, ... , ...,

photoelektrische Einrichtung aus drei an verschiedenen ^{Somit ist} I^ ^{em Maß fuf die} Oberflachengroße,

Stellen der Meßzelle angeordneten lichtempfindlichen d. h. die Menge der Verunreinigung im lichtzerstreuen-Elementen mit ausgeprägter Richtungsempfindlichkeit 65 den Gehäuse. Schwankungen im Reflexionsvermögen

besteht, von denen zwei im gleichen spitzen Winkel der Verunreinigung beeinflussen die Messung dieser

und das dritte in einem stumpfen Winkel zum ein- Größe nicht. Diese Menge kann gemessen werden,

fallenden Lichtbündel angeordnet sind und die Winkel indem man die drei Photozellen mit einem veränder-

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lichen Widerstand in Form einer Brückenschaltung daß die gewünschte Teilchengröße der suspendierten

zusammenschaltet. Flüssigkeit erhalten wird. Diese Dispergiervorrichtung

Die Erfindung eignet sich besonders zur Fest- kann beispielsweise die Form einer Kreiselpumpe stellung der Anwesenheit von Feststoffen in Kohlen- haben, deren Flügelrad durch eine Scheibe mit Sägewasserstoffen oder Kohlenwasserstoff gemischen, z. B. 5 kante ersetzt ist, wobei der Abstand zwischen dem in Flugtreibstoffen, insbesondere in Flugkerosin. Rand der Scheibe und dem Pumpengehäuse so be-

Flugtreibstoff kann neben suspendierten festen Ver- messen ist, daß die gewünschte Teilchengröße der unreinigungen auch geringe Mengen suspendierter suspendierten Flüssigkeit erhalten wird. Die Vorflüssiger Verunreinigungen, insbesondere Wasser, ent- richtung kann ferner mit geeigneten Ventilen, die zum halten. Die Anwesenheit von suspendierten nicht io Betrieb der Vorrichtung erforderlich sind, sowie mit löslichen Flüssigkeiten hat einen erheblichen Einfluß einem Druckanzeiger versehen sein. Die Durchflußauf das gestreute Licht und ergibt eine falsche Be- menge der zu prüfenden Flüssigkeit durch den Druckstimmung der festen Verunreinigung. Bei einer be- anzeiger kann zweckmäßig durch ein Ventil in Vervorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält bindung mit einem Druckmesser, der in Strömungsdie Vorrichtung Einrichtungen zur Ausschaltung der 15 richtung nach dem Ventil angeordnet ist, geregelt Anwesenheit von suspendierten Flüssigkeitsteilchen werden.

in dem zu prüfenden Material. Zu diesem Zweck Eine elektrische Schaltung mit zugehörigem Anzeigeist eine Heizvorrichtung in der Leitung vor der Meß- instrument kann zweckmäßig verwendet werden, um zelle vorgesehen. das Licht zu messen, das in dem lichtzerstreuenden

Der Einfluß etwaiger suspendierter Flüssigkeit wird 20 Gehäuse zerstreut wird. Zu dieser Schaltung kann ein ausgeschaltet, indem die Probe, die zu untersuchen Warnsystem gehören. Dieses Warnsystem kann ein ist, auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Warnlicht, eine Glocke oder ein anderes Warnsignal gesamte suspendierte Flüssigkeit aufgelöst wird. Die betätigen und ferner so ausgebildet werden, daß es gelöste Flüssigkeit hat keinen Einfluß auf die Licht- ein Absperrsystem oder ein Umleitungssystem bestreuung. Die Menge der suspendierten Flüssigkeit 25 tätigt, durch das im Falle der Feststellung von Festist begrenzt durch ihre Löslichkeit bei der Temperatur, stoffen der Treibstoff vom Flugzeug abgeleitet wird, bei der erhebliche Verdampfung der niedriger sieden- In den Weg des Lichtstrahles wird zweckmäßig ein den Flüssigkeit beginnt. Im Falle von Flugkerosin, Farbfilter eingeschaltet, das etwaige Farbänderungen das suspendierte Wassers enthält, können Feststoffe des zu prüfenden Materials oder der Lichtquelle ausnachgewiesen werden, wenn Wasser in einer Menge 30 gleicht. Besonders bevorzugt wird ein Interferenzfilter, bis zu 500 Teilen pro Million Teile Treibstoff vor- das im Wellenlängenbereich Orangerot arbeitet, da handen ist. die Photozellen in diesem Bereich besonders empfind-

Beliebige Heizvorrichtungen können verwendet Hch sind.

werden, z. B. elektrische Tauchsieder oder mit Heiz- Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme

mantel versehene Vorrichtungen, die elektrisch oder 35 auf die Zeichnungen an Hand eines Ausführungs-

durch eine geeignete Flüssigkeit beheizt werden. Die beispieles veranschaulicht.

Leistung der Heizvorrichtung kann verschieden sein, F i g. 1 ist ein Fließschema, aus dem der Weg der

je nach dem Zweck, für den die Vorrichtung ver- zu prüfenden Flüssigkeitsprobe durch die Vorrichtung

wendet wird, und dem Durchsatz der Vorrichtung, ersichtlich ist;

aber für den bevorzugten Einsatz zur Feststellung 4° F i g. 1 ist ein Fließschema, aus dem der Weg der

von Feststoffen in Kohlenwasserstofftreibstoffen muß zu prüfenden Flüssigkeitsprobe durch die Vorrichtung

sie in der Lage sein, die Temperatur der Treibstoff- ersichtlich ist;

probe auf etwa 80°C zu erhöhen. Fig. 2 zeigt eine geeignete elektrische Schaltung

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur Messung des gestreuten Lichtes;

der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Luft- 45 F i g. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch einen

Dämpfe-Abscheider in der Leitung zwischen der geeigneten Luft-Dämpfe-Abscheider;

Heizvorrichtung und der Meßzelle vorgesehen. Wenn F i g. 4 ist eine Draufsicht auf den in F i g. 3 dar-

das Material durch den Luft-Dämpfe-Abscheider gestellten Luft-Dämpfe-Abscheider;

geführt wird, werden alle Dampf- und/oder Luftblasen F i g. 5 zeigt perspektivisch und teilweise aufge-

die die Lichtstreuung beeinflussen können, entfernt. 5° schnitten eine geeignete Dispergiervorrichtung;

Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise Einrich- F i g. 6 zeigt schematisch einen Teil eines geeigneten tungen zur Kühlung der Photozellen, beispielsweise optischen Systems mit der Meßzelle. Mäntel, die die Zellen umgeben und von einem Kühl- Bei der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung führt medium durchflossen werden. Als Kühlmedium kann bei einer Anlage zum Betanken von Flugzeugen eine zweckmäßig ein nicht erhitzter Teil des zu prüfenden 55 Probenleitung 1 von der zum Flugzeug führenden Materials dienen. Dieser Teil wird zu den Kühl- Haupttreibstoff leitung 2 durch die Dispergiervorrichmänteln durch eine Leitung geführt, die von der tung 3, den Erhitzer 4, den Luft-Dämpfe-Abscheider 5 Probeleitung von einer Stelle vor der Heizvorrichtung und durch die Meßzelle 6 zum Abfall. An der Meßausgeht, zelle 6 sind Photozellen 7, 8 und 9 in der dargestellten Die Vorrichtung kann mit einer Dispergiervor- 60 Weise angebracht und von Kühlmänteln 10, 11 und richtung versehen sein, die vor der Heizvorrichtung 12 umgeben. Eine Lichtquelle ist bei 13 angeordnet, angeordnet ist und die suspendierten Flüssigkeits- Eine Leitung 14 führt von einer Stelle der Probenteilchen so zerteilt, daß ihre Auflösung während des leitung 1 vor der Dispergiervorrichtung 3 durch die Erhitzern erleichtert wird. Als Dispergiervorrichtung Kühlmäntel 10, 11 und 12 zum Abfall. Die Photoeignet sich beispielsweise eine Scheibe mit sägeartig 65 zellen 7, 8 und 9 sind mit einer elektrischen Brückengezahntem Rand, die drehbar in einem Gehäuse schaltung der in F i g. 2 dargestellten Art verbunden, angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen dem In F i g. 2 bilden die Photozellen drei Zweige einer gezahnten Rand und dem Gehäuse so eingestellt ist, Wheatstoneschen Brückenschaltung. Den vierten Zweig

bildet ein Regelwiderstand 15, und in der Brückendiagonale liegt das Meßinstrument 26. Zur Schaltung kann auch ein (nicht dargestelltes) Alarmrelais gehören, das so eingestellt werden kann, daß es bei Feststellung von Feststoffen anspricht.

In F i g. 6 ist die Meßzelle zusammen mit einem Farbfilter 17 ausführlicher dargestellt.

Der durch die Probenleitung 1 fließende Treibstoff geht durch die Dispergiervorrichtung 3, wo etwaige suspendierte Flüssigkeitsteilchen auf einen gleichmäßigen Teilchengrößenbereich zerkleinert werden. Die Probe wird dann durch die Heizvorrichtung 4 geführt. Da die Löslichkeit von Wasser in Flugtreibstoff mit der Temperatur erheblich zunimmt, wird etwaiges vorhandenes freies Wasser gelöst, und der von suspendiertem Wasser befreite Treibstoff gelangt in den Luft-Dämpfe-Abscheider 5, in dem Luft- und Dampfblasen entfernt werden, und von dort in die Meßzelle 6. Die lichtelektrischen Zellen 7, 8 und 9 arbeiten nach dem Prinzip der Widerstandsänderung, d. h., etwaige Feststoffe, die in der Meßzelle 6 vorhanden sind, streuen Licht aus dem von der Lichtquelle 13 ausgehenden Lichtstrahl und verändern den Widerstand der lichtelektrischen Zellen 7, 8 und 9. Jede Änderung des Widerstandes der lichtelektrischen Zellen 7, 8 und 9 als Folge der Anwesenheit von Feststoffen verursacht einen Ausschlag am Meßinstrument 26.

Wie aus F i g. 3 und 4 ersichtlich, wird das zu prüfende Material durch eine Düse 27 in den Luft-Dämpfe-Abscheider eingespritzt und bildet einen Wirbel im oberen Teil des Abscheiders. Der Wirbel wird durch eine Schicht 18 aus Glasperlen, die auf dem Netz 19 ruhen, aufgehoben. Diese Schicht vereinigt ferner etwaige Luft- und Dampfblasen. Die Luft und die Dämpfe werden durch eine Leitung 20 entfernt. Das zu prüfende Material verläßt den Abscheider durch einen freien Raum 21 und eine Leitung 22.

Die zu prüfende Flüssigkeit gelangt durch eine Leitung 23 in die in F i g. 3 dargestellte Dispergiervorrichtung. Etwaige suspendierte Flüssigkeit wird durch die Drehung einer gezahnten Scheibe 24 zerteilt. Die zu prüfende Flüssigkeit verläßt die Dispergiervorrichtung durch eine Leitung 25.

Das Instrument 26 muß periodisch geeicht werden, um den Einfluß allmählicher Änderungen der Intensität der Lichtquelle, einer Verschmutzung der Meßzelle oder einer Alterung der lichtelektrischen Zellen auszuschalten. Dies kann beispielsweise unter Ver-Wendung eines Bezugsreflektors wie folgt geschehen:

1. Man stellt die Anzeige des Rheostaten 15 fest, wenn das Meßinstrument 26 auf Null gestellt ist und kein Treibstoff fließt.

2. Man führt den Bezugsreflektor (z. B. einen Stab aus nichtrostendem Stahl) in die Meßzelle ein.

3. Man stellt die Anzeige des Rheostaten 15 auf die ursprüngliche Anzeige plus Bezugswert.

4. Man regelt die Intensität der Lichtquelle so, daß das Meßinstrument 26 Null anzeigt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Menge von in strömenden Flüssigkeiten suspendierten Feststoffteilchen, insbesondere zur Kontrolle von Flugbenzin, bestehend aus einer von der Flüssigkeit durchströmten Meßzelle, einer Beleuchtungseinrichtung, die durch ein Fenster den Zelleninhalt mit einem Parallellichtbündel beleuchtet, und einer seitlich von diesem Lichtbündel angeordneten photoelektrischen Einrichtung zum Messen des Streulichtes, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Einrichtung aus drei an verschiedenen Stellen der Meßzelle (6) angeordneten lichtempfindlichen Elementen (7, 8, 9) mit ausgeprägter Richtungsempfindlichkeit besteht, von denen zwei (7, 8) im gleichen spitzen Winkel und das dritte in einem stumpfen Winkel zum einfallenden Lichtbündel angeordnet sind und die Winkel derart aufeinander abgestimmt sind, daß der veränderliche Einfluß des Reflexionsvermögens der zu messenden Teilchen ausgeschaltet wird, und daß die drei Elemente die Zweige einer Brückenschaltung bilden, in der die beiden gleichwinkligen Elemente gegenüberliegen und deren vierter Zweig einen einstellbaren Eichwiderstand (15) enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Richtung des einfallenden Lichtbündels und der aufgefangenen Streustrahlung bei den beiden gleichwinkligen Elementen 45° und beim dritten Element 135° beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (13) und/oder den lichtempfindlichen Elementen Farbfilter oder Interferenzfilter (17) vorgeschaltet sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitsstrom der Meßzelle (6) eine Dispergiervorrichtung (3), eine Heizvorrichtung (4) und ein Dampfabscheider (5) vorgeschaltet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung (10,11, 12) für die lichtempfindlichen Elemente.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel die ungeheizte Prüfflüssigkeit benutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen