DE2256923C3

DE2256923C3 - Volumenometer

Info

Publication number: DE2256923C3
Application number: DE19722256923
Authority: DE
Inventors: Christoph 1000 Berlin Januschke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-21
Filing date: 1972-11-21
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2256923A1; DE2256923B2

Description

Einstellungen ermöglicht

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Volumen der Meß- und Vergleichskammer sehr genau reproduzierbar einzuhalten ist und das U-Rohrmanometer des Volumenometers einen größeren Meßausschlag aufweist als bei bekannten Volumenometern. Bei einer 20 mm³ großen Probe in einer 200 mm³ großen Meßkammer bei 3 bar Druck ergibt sich durch Expansion in das U-Rohrmancnieter bei einrra Umgebungsdruck von 1 bar folgende Anzeige: Bei der Leermessung expandiert das Gasvolumen auf 600 mm³ und bei der Probenniessung auf 540 mm³ zuzüglich des Probenvolumens von 20 mm³, also auf 560 mm³. Bei einer Meßkapillare von 0,2 mm² Querschnittsfläche würde eine Wassersäule ohne Berücksichtigung des dadurch entstehenden hydrostatischen Druckes 200 mm niedriger stehen als bei Leermessung. Unter Berücksichtigung des hydrostatischen Druckes ergibt sich die um 42,7 mm geringere Anzeige von 1.573 nim, denn dann herrscht im Gasvolumen von 540 mm³ + 42,7 χ 0,2 mm³ = 548,53 mm³ ein Druck von

157,3 mmH₂O , .„.„,

1 bar - ~ς bar = 0,98457 bar,

10197 mmH₂0

was der zugeführten Gasmenge von 540 mm³ bar entspricht Für ein Volumen von 1 mm³ erhält man also einen Meßausschlag von 7,9 mm.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Fehler, die aus Schwankungen des Versorgungsdruckes sowie des Umgebungsdruckes und der Umgebungstemperatur herrühren, besser eliminiert werden können, weil das Meß- und das Vergleichssystem auf Grund der kompakten Bauweise des Volumenometers einfacher den gleichen Einflüssen ausgesetzt werden können. Ein Vorteil besteht auch in der einfachen, sicheren und schnellen Bedienbarkeit des Gerätes, da nur maximal zwei integrierte Ventile in drei ungefähre Position gedreht werden müssen und dann schon der Meßwert direkt abgelesen werden kann. Fehlbedienung ist dadurch weitgehend ausgeschlossen. Zudem können Leckverluste mit einem präzise dichtend hergestellten integrierten Ventil preiswerter minimiert werden, als mit mehreren Einzelventilen und Kammerverschlüssen.

Die Erfindung wird mit einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

A b b. 1 in einem Schema das Prinzip der Erfindung, aus dem die einzelnen Ventilanordnungen zu entnehmen sind und

A b b. 2 ein Ausführungsbeispiel im Schnitt, wobei die zwei Ventile nebeneinander in Draufsicht und das U-Rohrmanometer in Ansicht gezeichnet sind.

Das Volumenometer besteht aus einem senkrecht ausgerichteten ca. 300 mm langen U-Rohrmanometer 11 mit zwei Aufweitungen 8, 8' verbunden mit einem darüber senkrecht stehenden Ventilsystem von 25 mm 0, in das die Meß- und Vergleichskammer 1, Γ in Form zweier zylindrischer 200 mm³ großer Bohrungen sowie die Fi ·>!<ι·οΓ.εη der gemäB Abb. 1 angeschlossenen Einzelventile 3, 4, 5 und 3', 4', 5' und der Kammerverschlüsse 2 und 2* integriert sind. Das Ventilsystem enthält in der einen Schnittebene das Meßsystem M mit dessen Bestandteilen (13 = Kern, 14 = Gehäuse, 15 und 16 = Verbindungskanäle, 6 = Anschluß zur Druckgasquelle, 7 = Anschluß zum U-Rohrmanometer, 9 = Entlüftungsöffnung und 12 = Beschickungsöffnung) und in einer anderen Ebene das um 120° versetzt ausgerichtete Vergleichssystem M'.

ίο Die Druckgaszufuhr erfolgt mit 3 bar aus einem Gasbehälter, so daß Druckschwankungen während einer Messung nur sehr klein sein können. Von entscheidender Bedeutung für die Funktionsfähigkeit des Gerätes ist eine gute Dichtigkeit des Ventilsystems.

Das U-Rohrmanometer hat zwei Aufweitungen, in die das Gas aus der Meß- bzw. der Vergleichskammer fast vollständig bei Umgebungsdruck expandieren kann, da zunächst die daraus verdrängte Flüssigkeit von der gegenüberliegenden Aufweitung genommen wird und nur der kleinste Teil am Ende in die Meßkapillare steigt. Zur optimalen Meßwertauflösung hat das U-Rohrmanometer eine Wasserfüllung. Durch Drehung des Ventilkerns um drei mal 120° werden nacheinander folgende drei Einstellungen vorgenommen:

I) Entlüftung des U-Rohrmanometers 11 an beiden Schenkeln 7, T über die Verbindungskanäle 15,15' und die Entlüftungsöffnungen 9,9', so daß sich die Flüssigkeit 10 in Gleichgewichtslage im Nullpunkt N einstellt. Die Meßkammer 1 ist über die Beschickungsöffnung 12 für die Probe 17 frei. Füllung der Vergleichskammer Γ aus der Druckgasquelle 6' mit Gas vom Druck p.
II) Entlüftung des U-Rohrmanometers 11 am Schenkel

7 über den Verbindungskanal 16 und Anschluß der Vergleichskammer Γ am Schenkel 7', so daß sich die Flüssigkeit 10 in Gleichgewichtslage im Punkt Λ" einstellt. Füllung der Meßkammer 1 aus der Druckgasquelle 6 mit Gas vom Druck p.

III) Entlüftung des U-Rohrmanometers 11 am Schenkel T über den Verbindungskanal 16' und Anschluß der Meßkammer 1 am Schenkel 7, so daß sich die Flüssigkeit 10 in Gleichgewichtslage im Punkt X einstellt. Vergleichskammer Γ über Beschickungsöffnung 12' für eventuelle Einbringung von Vergleichsobjekten frei.

Das Maß für das Volumen der eingebrachten Probe 17 ist der Abstand zwischen Nullpunkt N und Punkt X, der nach der dritten Einstellung des Volumenometers angezeigt wird. Bei einer Querschnittsfläche von Meßkapillaren von 0,2 mm² und einem Ausgangsdruck von 3 bar entsprechen 1 mm³ Meßobjekt ungefähr 7,9 mm Anzeigestrecke. Die Meßgenauigkeit des Gerätes läßt sich verbessern, indem für das U-Rohrmanometer ausgesucht glatte Kapillarrohre verwendet werden und indem Meß- und Vergleichskammer 1, Γ so klein gehalten sind, daß neben dem Meßobjekt möglichst wenig zusätzlicher Raum bleibt. Das Ventilsystem läßt

bo sich vorteilhaft aus handelsüblichen Glashalbzeug (Kern und Hülse) herstellen.

Hierzu 1 Blatt Zci'-hnungcn

Claims

Patentansprüche:

1. Volumenometer mit einer Meßkammer zur Aufnahme einer zu messenden Probe und mit einer Vergleichskammer, die beide von außen zugänglich sind und einem bestimmten Gasdruck ausgesetzt werden können und jeweils an einem Schenkel eines U-Rohrmanometers anschließbar sind, dessen Pegeländerung zwischen drei verschiedenen Einstellungen des Gerätes ein Maß für das zu messende Volumen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (1) und die Vergleichskammer (Γ) als abschließbare Kammern mit festgelegtem Volumen in die Kerne (13, 13') von Ventilen eingearbeitet sind und mittels dieser Ventile in drei verschiedenen Einstellungen nacheinander mit den Beschickungsöffnungen (12,12'), einer Druckgasquelle (6,6') mit dem Druck ρ und dem U-Rohrmanometer (11) derart verbindbar sind, daß in einer ersten Einstellung das U-Rohrmanometer an beiden Schenkeln entlüftet (9,9') wird, während die Meßkammer (1) zur Beschickung mit der Probe (17) frei ist und die Vergleichskammer (V) an der Druckgasquelle (6') angeschlossen ist, daß in einer zweiten Einstellung die unter dem Druck ρ stehende Vergieichskammer (l')an einem Schenkel (7',8') des Manometers angeschlossen ist, während die Meßkammer (1) mit der Druckgasquelle (6) und der andere Schenkel (7, 8) des Manometers mit einer Entlüftungsöffnung (9) verbunden ist, und daß in der dritten Einstellung der mit dem Vergleichssystem (M') verbundene eine Schenkel (7', 8') des Manometers entlüftet wird, während die vorher dem Gasdruck ρ ausgesetzte Meßkammer (1) an den anderen Schenkel (7, 8) des Manometers angeschlossen ist.

2. Volumenometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkerne (13, 13') Verbindungskanäle (15, 16, 15', 16') aufweisen und in Gehäusen (14, 14) abdichtend drehbar sind, die mit Anschlüssen für das U-Rohrmanometer (11), die Druckgasquelle (6, 6'), die Entlüftung (9, 9') und die Beschickungsöffnungen (12, 12') versehen sind.

3. Volumenometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und die Vergleichskammer (1, V) sowie die Verbindungskanäle (15,16, 15', 16') in einem einzigen Ventilkern (13, 13'.) eingearbeitet sind, der durch Drehung um 360° die drei Einstellungen ermöglicht.

4. Volumenometer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Ventilsysteme (13, 13', 14, 14') aus handelsüblichem Glashalbzeug (Kern und Hülse) hergestellt sind.

5. Volumenometer nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Ventilsysteme an dem U-Rohrmanometer angebracht sind.

6. Volumenometer nach einem der Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, daß das U-Rohrmanometer (11) Aufweitungen (8, 8') im Rohr besitzt und sein für die Messung interessanter Teil (7, T) einen möglichst dünnen Rohrquerschnitt aufweist.

7. Volumenometer nach einem der Ansprüche 1 — 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkarnmer (1) und die Vergleichskammer (Γ) die gleiche Größe besitzen und so klein gehalten sind, daß neben der Probe (17) möglichst wenig freier zusätzlicher Raum verbleibt.

Die Erfindung betrifft ein Volumenometer mit einer Meßkammer zur Aufnahme einer zu messenden Probe und mit einer Vergleichskammer, die beide von außen zugänglich sind und einem bestimmten Gasdruck ausgesetzt werden können und jeweils an einen Schenkel eines U-Rohrmanometers anschließbar sind, dessen Pegeländerung zwischen verschiedenen Einstellungen des Gerätes ein Maß für das zu messende Volumen ist

ίο Eine solche Meßeinrichtung ist aus der DE-PS 8 64 747 bekannt, bei der eine Meß- und eine Vergleichskammer je mit den oberen Enden zweier Meßrohre verbunden sind. Die unteren Enden der Meßrohre stehen über eine Y-förmige Verzweigung miteinander sowie mit der Zuleitung zu einem Flüssigkeitsreservoir in Verbindung. Über diese Verzweigung gleicht sich zu Meßbeginn der Gasdruck zwischen den Systemen aus. Zur Messung wird die Flüssigkeit aus dem Reservoir über die Verzweigung in

:o die Meßrohre gedrückt, bis diese in beiden Rohren gleich hoch steht Der Querschnitt der Meßrohre, deren Aufweitungen am unteren Ende sowie die angeschlossenen Kammern sind so bemessen, daß dieser Stand der Flüssigkeit das Volumen der Meßprobe anzeigt.

2') Weiter ist eine Meßeinrichtung bekannt (US-PS 30 60 735), bei der in einem Meßsystem zwischen einem festen K?mmervolumen Va beim Druck Pa und einem unbekannten Kammervolumen Vx beim Druck Pb sowie in einem Vergleichssystem zwischen einem festen

μ Kammervolumen Vc beim Druck Pa und einem festen Kammervolumen Vb beim Druck Pb Druckausgleich herbeigeführt wird. Das Volumen der Kammer Vx entspricht dann dem Differenzdruck AP zwischen den Systemen, wenn Pa und Pb neben Va sowie Vc/Vb

r> konstant gehalten werden, bzw. kann daraus errechnet werden, wenn diese Werte bekannt sind.

Diese bekannten Meßeinrichtungen beanspruchen schnell, genau und einfach zu sein. Tatsächlich sind auch diese noch unhandlich, denn es müssen entweder durch Verlagerung einer Verdrängungsflüssigkeit Kammervolumina präzise verändert werden oder es müssen mehrere Steuerventile einige Male betätigt werden. Kleinvolumige poröse Proben von ungefähr 20 mm³ (bei einem äußeren Volumen von 200 mm³) können sie nicht

v-, auf 0,5% genau messen. In der Regel sind sie nur für wesentlich größere Proben geeignet.

Es ist zwar eine sehr genaue Meßeinrichtung bekannt (Waterman und Wolfs, Appl. Scient. Res. A 6,372,1957), bei der mehrmals kleine Teile des Meßkammervolu-

w mens durch Quecksilber, dessen Volumen durch Wägung ermittelt wird, ersetzt werden. Die dabei auftretenden Druckänderungen werden gegen ein abgeschlossenes Vergleichsvolumen gemessen, das sich im selben Wasserbad befindet. Das Volumen der Probe

τ> errechnet sich aus diesen Meßwertpaaren. Damit sind Genauigkeiten von ±0,01% möglich, das Verfahren ist aber sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die — insbesondere bei kleinvolumigen Proben — unzurei-

M) chende Anzeige eines Volumenometer der eingangs genannten Art zu verbessern, und trotzdem eine einfache Bedienbarkeit zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung können die Meßkammer, die Vergleichskammer und Verbindungskanäle in einem einzigen Ventilkern eingearbeitet sein, der durch Drehung um 360° die drei