DE3117279A1

DE3117279A1 - Araeometer zur bestimmung der dichte einer fluessigkeit innerhalb eines vorbestimmten bereiches und dichtemessvorrichtung mit diesen araeometern

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Publication number: DE3117279A1
Application number: DE19813117279
Authority: DE
Inventors: George Edgar 4000 Düsseldorf Callahan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1982-06-16
Also published as: GB2078977B; GB2078977A

Description

Patentanwalt

Hubertusstraße 83¹A D-8035 Gauting

<sr München^89) 8506036* 4· BREVET

Telex 521707 lore d Telekopierer

?e?ds?r34 ³°' ^{April 1981}

4000 Düsseldorf Meine Akte: c 12O-j,DE

Aräometer zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereiches und Dichte-Meßvorrichtung mit diesen Aräometern.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Aräometer zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie auf eine Dichte-Meßvorrichtung mit diesen Aräometern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Aufgrund der Wärmeausdehnung, unterliegen Dichtemessungen bei unterschiedlichen Temperaturen einem Temperaturfehler, d.h., die Dichtemessung in einer Flüssigkeit mit Temperatur T unterscheidet sich von einer Messung in der gleichen Flüssigkeit bei einer anderen Temperatur 9.

Da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glas sehr viel kleiner ist, als der der Flüssigkeiten, sind Dichtemessungen, die mit Glas-Aräometern bei verschiedenen Temperaturen gemacht werden, mit großen Temperaturfehlern behaftet. Dies führte dazu, Aräometer -aus Kunststoffen, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten größer sind, herzustellen. Kunststoff-Aräometer sind sowohl mit einer Beschwerung - um das Aräometer zu tarieren und um ein aufrechtes Schwimmen zu bewirken -

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als auch ohne Beschwerung bekannt, wobei das Aräometer in einer engen Führung senkrecht gehalten wird, während es in der Flüssigkeit schwimmt. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, das Aräometer aus einem Material mit ungefähr 'dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie dem der Flüssigkeit herzustellen, um den Temperaturfehler gering zu halten.

Eine nähere Betrachtung der Wärmeausdehnung der meisten Flüssigkeiten zeigt, daß diese verschiedene Ausdehnungskoeffizienten bei verschiedenen Dichten haben. Daher wäre die vollständige Temperaturkompensation (Beseitigung der Temperaturfehler) nur bei einer einzigen Flüssigkeitsdichte möglich, nämlich da, wo die Ausdehnung des Aräometers mit der der Flüssigkeit identisch ist. Andere Dichten der gleichen Flüssigkeit - mit anderen Ausdehnungskoeffizienten - könnten nur bei einer einzigen Bezugstemperatur, die bei der Eichung des Aräometers zugrundegelegt wurde, fehlerfrei gemessen werden.

Bei der Betrachtung von Materialien, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten mit der Temperatur veränderlich sind, kann man die Wärmeausdehnung als das Verhältnis von einer Länge L, gemessen bei der Bezugstemperatur T, zu der Änderung dietier Länge a\> bei einer anderen Temperatur 0 ausdrücken. Bei der Temperatur Θ ist demnach jede Bezugstemperatur-Länge L um den Faktor 1+ ^h- verändert, und die veränderte Länge ist Lq = L(1 + y~-)· Da «dL klein ist, kann man die entsprechende Volumenänderung mit 3 AL annehmen. So wird aus dem Bezugstemperatur-Volumen V ein entsprechend verändertes Volumen V^ = VCi+S·^-^). Diese Volumenänderung bedingt offensichtlich eine inverse Dichteänderung, so daß ο - ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe einer Korrektur dieser Temperaturfehler im gesamten Meßbereich zugrunde, insbesondere wenn - wie es häufig der Fall ist - der Wärmeaus dehnungskoeffizient der Flüssigkeit eine veränderliche Funktion sowohl der Dichte als auch der Temperatur ist.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale 'm Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 bzw. 4 in Verbindung mit deren jeweiligem Oberbegriff gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 bzw. 5 bis 14.

Die Verwendung von drehbar gelagerten Schwimmern mit Beschwerung zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit Lst z.R. aus den US-PS 4,136,551 und US-PS 3,908,468, sowie aus der früheren US-PS 3,908,468 des Anmelders bekannt.

Durch die Erfindung wird im allgemeinen die Beeinflussung der Skalenlinearität und gleichzeitig die Vergrößerung des Skalenumfangs erreicht, so daß eine genauere Ablesung ermöglicht wird. Des weiteren erzielt sie die Vermeidung von Anzeigefehlern aufgrund des zusätzlichen Auftriebs zufälliger Luftblasen, die Messungen mit Vorrichtungen dor genannten Art in der Praxis oft verfälschen.

Nachstehend sind verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beispielsweise näher beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 typische Wärmeausdehnungskurven, ver<-· i nl a^li t ; Fig. 2 ein Aräometer mit einer Volumen-Einteilung, die für

die Erfindung wesentlich ist;

Fig. 3 Kurven analog Fig. 1,aber mit Bezug auf die Erfindung;

Fig. 4a und 4b eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 Wärmeausdehnungskurven der Ausführungsform nach den Fig. 4a und 4b;

Fig. 6a eine bekannte Vorrichtung in einem Anwendungsbeispiel ;

Fig. 6b eine Ausführungsform der Erfindung analog zu Fig. 6a;

Fig. 7 die. tatsächlichen Temperaturfehler der Vorrichtung bzw. Ausführungsform nach Fig. 6a bzw. 6b;

Fig. 8 Kurven analog zu Fig. 1 und 3, aber für ο ine and or:; geartete Flüssigkeit;

Fig. 9 eine Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung mit der Flüssigkeit von Fig. 8;

Fig. 10 schematisch einen Schwimmer mit Beschwerung; Fig. 11 -die Skala des Schwimmers von Fig. 10; Fig. 12 ein Beispiel der jeweiligen Schwimmwinkel zweier

Schwimmer bei gleichgroßen Dichteänderungen; Fig. 13 eine Ausführungsform zweier Schwimmer und die resultierende Dichteskala;

Fig. 14 und 15 Einzelheiten der Ausführungsform nach Fig.13; Fig. 16 typische Ausdehnungskurven in vereinfachter Form; Fig. 17 den Temperaturfehler bekannter Dichtemesser entsprechend Fig. 16;
Fig. 18 für die Erfindung Ausdehnungskurven analog zu

Fig. 16;
Fig. 19a und 19b den entsprechenden Temperaturfehler für

eine Form der Erfindung;
Firj. 20 eine Alternative zu Fig. 18; Fig. 31a und 21b den entsprechenden Temperaturfehler für

eine zweite Form der Erfindung; Fig. 22 eine weitere Alternative zu Fig. 18; Fig. 23a und 23b den entsprechenden Temperaturfehler in

einer idealen Form der Erfindung; Fig. 24a eine Ausführungsform eines Schwimmers ähnlich Fig.15.

aber mit einer Beschwerung niedriger Dichte;

Fig. 24b und 24c Ausführungsformen analog zu Fig. 24a, aber mit anderer Befestigung der ß'eschwerung niedriger Dichte;

Fig. 25 den Temperaturfehler in einer Anwendung mit wirklichen Materialien;

Fig. 26 einen tragbaren Dichtemesser.

Um die Temperatureffekte anschaulicher darzustellen, kann man vereinfachend annehmen, daß die Wärmeausdehnung der Materialien eine lineare Funktion der Temperaturänderung ist. Demnach werden die Wärmeausdehnungskurven einer typischen Flüssigkeit zu Geraden - wie in Fig. 1 dargestellt -, wo die Flüssigkeitsdichte von einem Minimum ο . mit einer

Wärmeausdehnung -y- (<?„·) bis zu einem Maximum ο . mit; einer Wärmeausdehnung τ^(<?, -, ,) angenommen wird. Di'-- V.'irrn<>-

Li max

ausdehnungskurven dazwischen Liegender Flüssi.gke i t.:::.d i-¹Mt.en verteilen sich zwischen diesen Extremen. Die Wärmeaur.dehnungs-kurve eines Araometermaterials, das der Ausdehnung der Flüssigkeit am besten entspricht, und so die bestmögliche Temperaturkompensation ergibt, ist durch Kurve 1 dargestellt. Wie aus Fig. 1 zu ersehen, ist eine vollständige Temperaturkompensation nur in der Mitte des Dichtebereichs gegeben, so daß bei extremen Temperaturen und Dichten, 2, 3,4 und 5, ein Temperaturfehler unvermeidbar ist. Der Temperaturfehler ergibt sich offensichtlich aus den Ausdehnungs-Unterschieden zwischen Flüssigkeit und Aräometer bei einer gegebenen Temperatur und Dichte. Seine Größe kann die Zuverlässigkeit des Instruments wesentlich beeinträchtigen. Die Erfindung ermöglicht die Korrektur dieser Temperaturfehler.

In Fig. 2 ist das gesamte Volumen des Aräometers in drei wesentliche Teile unterteilt; das Körpervolumen Va, das den Aräometerkörper bis zur untersten Grenze der Dichteskala umfaßt; das Skalenvolumen Vb, zwischen der untersten und der obersten Grenze der Dichteskala; und das Spindelvolumen Vc, das verbleibende Volumen oberhalb der obersten Grenze der Dichteskala. Wenn das Aräometer in einer Flüssigkeit mit der größten zu messenden Dichte schwimmt, taucht nur das Volumen Va in die Flüssigkeit ein. Wenn das Aräometer in einer Flüssigkeit mit der kleinsten zu messenden Dichte schwimmt, taucht sowohl Volumen Va als auch Volumen Vb in die Flüssigkeit ein. Volumen Vc ist erforderlich, um das Ablesen der Skala bei geringen Dichten zu ermöglichen und, wie später erläutert wird, dient seine Größe dazu, die Masse des Aräometers so zu bestimmen, daß die Volumina Va und Vb genau bemessen werden können.

Offensichtlich kann die Skala eines solchen Gerätes in verschiedenen Einheiten kalibriert sein (z.B. in Einheiten dor Konzentration, wenn die Dichte einer Losunq von ihrer Konzentration abhängt), da dies jedoch nur ein Gestaltungsmittel ist, wird hier nur von der Flüssigkeitsdichte gespro-

chen, denn nur diese wird mit solchen Geräten gemessen.

Nach der Erfindung besteht das Volumen Va aus einem Material oder einer Materialkombination derart, daß die Wärmeausdehnung von Volumen Va der der Flüssigkeit mit der Größten zu messenden Dichte im wesentlichen gleich ist. Gleich zeitig besteht Volumen Vb aus einem Material oder einer Matorialkombination derart, daß die Wärmeausdehnung der Volumina Va und Vb zusammengenommen der der Flüssigkeit mit der kleinsten zu messenden Dichte im wesentlichen gleich ist. Mit den vorher eingeführten Ausdrücken für Wärmeausdehnung, und wenn man die Ausdehnung des Volumens Va einfach =£- schreibt und die des Volumens Vb entsprechend τ—, sind die genannten Bedingungen dann erfüllt, wenn:

ν ~ + Vb ^Δ^

Fig. 3 zeigt die entsprechende Wärmeausdehnungskurve 6 für Volumen Va und Kurve 7 für die Volumina Va und Vb zusammen und im Vergleich dazu die Wärmeausdehnungskurven der Flüssigkeit wie in Fig. 1. Aufgrund der Übereinstimmung der Wärmeaur.dehnungskurven, sowohl bei größter als auch bei kleinster Dichte, werden Temperaturfehler vermieden.' Bei dazwischenliegenden Dichten ergibt sich die Ausdehnung des Aräometers aus dem Verhältnis zwischen Volumen Va und dem in der Flüssigkeit eingetauchten Teil des Volumens Vb, so daß die Ausdehnung des Aräometers sich mit der Flüssigkeitsdichte proportional ändert. Da die Wärmeausdehnung der Flüssigkeit sich ebenfalls etwa proportional mit der Dichte ändert, ist bei allen Dichten die Ausdehnung des Aräometers der der Flüssigkeit im wesentlichen gleich, so daß im gesamten Meßbereich des Instruments Temperaturfehler vermieden werden.

Fig. 4a und 4b zeigen beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung in Gestalt eines aus zwei verschiedenen Kunststoffen hergestellten Aräometers. Volumen Vb besteht aus

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einem Material 9, während Volumen Va aus dem Material 9 und einem Material 8 zusammengesetzt int. D<i fin ΛΚίοπκ·- ter nicht notwendig einen l·reisFörmigen Querschnitt haben muß, kann der Querschnitt von Volumen Va wie in Fig. 4b gestaltet sein, so daß beide Materialien die Temperatur einer das Aräometer umgebenden Flüssigkeit rasch annehmen können.

Um eine vollständige Temperaturkompensation in einer wie vorher beschriebenen Flüssigkeit zu bewirken, sollte die Wärmeausdehnung von Material 8 größer als die der größten zu messenden Flüssigkeitsdichte sein, während die Wärmeausdehnung von Material 9 kleiner sein sollte als die der kleinsten zu messenden Flür.sigkeitsdichte. Dien ist in Fig. 5 gezeigt, wo die Kurve 8 die Wärmeausdehnung der; Materials 8 darstellt und die Kurve 9 die Wärmeausdehnung des Materials 9. Bei der größten zu messenden Flüssigkeitsdichte ist nur Volumen Va eingetaucht, und es soll zu 65% aus Material 8 und zu 35% aus Material 9 bestehen. Die Ausdehnung von Volumen Va würde somit in diesem Verhältnis zwischen Kurve 8 und Kurve 9 liegen, wie Kurve 10 zeigt. Bei der kleinsten zu messenden Flüssigkeitsdichte ist sowohl Volumen Va als auch Volumen Vb eingetaucht, und da Vb nur aus Material 9 besteht, bestünde das eingetauchte Volumen nun zu 40% aus Material 8 und zu 60% aus Material 9. Hier wiederum hätte das eingetauchte Volumen eine Wärmeausdehnung, welche diesem Verhältnis entspricht, wie Kurve 11 zeigt. Offensichtlich erzielt man ähnil iche Ergebni use, wenn andere Materialien mit anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten unter anderen Verhältnissen zweckmäßig kombiniert werden.

Es wurde gesagt, daß die linearisierten Ausdehnungskurven der Beispiele die Eigenschaften wirklicher Materialien vereinfacht darstellen. Die Schlüsse aus den Beispielen sind jedoch von'der Linearität der Wärmeausdehnung unabhängig. In der Praxis zeigt es sich, daß die Ausdehnungskurven vieler Aräometermaterdalien den Ausdehnungskurven der meisten wäßrigen Lösungen ähnlich sind. In beiden Fällen zeigt sich

eine Zunahme der Ausdehnungskoeffizienten mit steigender Temperatur. Wegen dieser Übereinstimmung kann eine Vielzahl von Materialien gemäß den hier beschriebenen Prinzipien zur Verwendung mit den verschiedensten Flüssigkeiten kombiniert werden.

Es ist offensichtlich, daß in der praktischen Anwendung der Erfindung die wirksame Größe der Volumina Va und Vb von der tatsächlichen Eintauchtiefe des Aräometers abhängt. Da die jeweilige Eintauchtiefe ebenfalls durch die Masse des Aräometers bestimmt wird, muß diese im voraus genau bemessen sein. Zunächst scheint es, daß die Masse des Aräometers durch eine einfache Auftriebsrechnung bestimmt werden könnte, z.B.: M = Va *<? = (Va+Vb )·«>-.

IlLelΛ. JlL J_ Ii

Jn Wirklichkeit jedoch bewirkt die Oberflächenspannung der Flüssigkeit eine Zunahme der Eintauchtiefe, wodurch eine nicht vermach lässigbare Änderung der Volumenverhältnisr;e eintritt.. Aus diesem Grunde ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, einen hinreichend genauen Ausgleich für den Kapillaritätseffekt zu schaffen, so daß das Aräometer mit den vorherbestimmten Eintauchtiefen schwimmt.

In einer Flüssigkeit mit der Oberflächenspannung ϋ kann man die durch Kapillarität bewirkte zusätzliche Eintauchung des Aräometers mit guter Annäherung berechnen aus ZId = , wo C den Umfang und A die Fläche des Aräometer-Querschnitts an der Flüssigkeits-Oberfläche bedeutet. Da Ad eine Funktion der (veränderlichen) Flüssigkeitsdichte ist, wäre es jedoch hier bequemer anzunehmen, daß die zusätzliche Eintauchung auf einer scheinbaren Massenzunahme beruht, und die scheinbare zusätzliche Masse mit AK - ^ίίψ- zu berechnen. Dies kann man sich als die Flüssigkeits-Masse vorstellen, die durch Kapillarität, über die freie Oberfläche der Flüssigkeit gehoben wird. Zum Zwecke der Auftriebsberechnung wird dann die Gesamtmasse des Aräometers M = Ma + Mb + Mc + —-, worin Ma, Mb und Mc die Massen der Volumina Va, "Vb und Vc bedeuten. Damit die Vorteile der Erfindung in praktischen

Anwendungen voll wirksam werden, besteht das Aräometer nach der Erfindung also des weiteren aus einem Spindelvolumen Vc aus Material der Dichte qc, das so bemessen ist, daß

Va - [Va · ρ -Ma-Mb- —] ·" — [3]

^v max g ' pe ^{L J}

Es wurde gesagt, daß solche Aräometer sowoh] mit al:-; auch ohne Beschwerung sein können. Bei den ersteren ist die Pichte der Materialien meist nicht kritisch, da die Gesamtmasse des Aräometers durch die Beschwerung bestimmt werden kann. Bei den letzteren wäre die Gesamtmasse durch die Bemessung des Volumens Vc in Übereinstimmung mit Gleichung (3) zu bestimmen. Der Umfang dieses Mittels ist jedoch dadurch begrenzt, daß, wenn das Volumen Vc zunehmend vergrößert würde, ein Aräometer«ohne Beschwerung zunehmend kopflastig werden und einen zunehmenden Reibungswiderstand in seiner Führung erfahren würde. (Das Volumen Vc muß eine gewisse Mindestgröße haben, damit in Flüssigkeiten geringer Dichte da:;· Aräometer nicht versehentlich ganz eintaucht.)

In solchen Fällen wäre die Dichte der Aräometer-Materialien kritisch und es bleibt zu zeigen, daß die dargelegten Prinzipien unter strengen Bedingungen - wo die verwendeten Materialien die Anforderungen an Wärmeausdehnung und Dichte gleichzeitig erfüllen müssen - mit wirklichen F] iinsigkeiten anwendbar sind.

Ein typisches Beispiel wäre die Dichtemessung von wäßrigen Schwefelsäurelösungen, bei denen wegen der Aggressivität der Flüssigkeit die Verwendung einer metallischen Beschwerung zu vermeiden wäre. Dichtemessungen mit Glasaräometern unterliegen großen Temperaturfehlern, aber unbeschwerte Aräometer aus Polystyrol können verwendet werden, denn dieses Material hat eine größere Wärmeausdehnung, eine geeignete Dichte und eine ausreichende Chemikalienbeständigkeit. Der meistverwendete Dichtebereich reicht von 1100 kg/m bis zu 1300 kg/πΓ , und Fig. 6a zeigt maßstäblich ein hierfür passendes Aräometer mit Pichte 1050 kg/m au π Po l.ynt yro] . }·,':; i:;l ersieh! lieh, daß das Volumen Vc gerade groß genug ist, um das Aräometer

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bei der geringsten Flüssigkeitsdichte funktionieren zu lassen; jedoch wurden leichtere Materialien (z.B. Polyolefine) . ein viel größeres Volumen Vc benötigen - wie Kontour 12 zeigt - und wären aus dem obengenannten Grund nicht brauchbar. . Fig. 6a zeigt somit ein nach dem Stand der Technik optimales Aräometer für diesen Fall.

Fig. 6b zeigt im gleichen Maßstab eine Ausführungsform nach der Erfindung für diesen Fall, wobei die Volumina Va und Vb mit denen der Fig. 6a identisch sind. Hier ist Volumen Vb und Vc aus SAN (Styrolacrylnitril) Copolymer mit Dichte 1080 kg/m , während Volumen Va aus 53% SAN und 47% Polyäthylen mit der Dichte 917 kg/m besteht. Es ist ersichtlich, daß das Volumen Vc eine zweckmäßige Größe hat und somit, daß dir· pe Materialien die Anforderungen an die Dichte voll er-Cij I lon.

Ki<j. 7 /.(»igf. die Temperai.ur fehler der beiden Aräometer Fig. 6d und 6b in Prozent der angezeigten Dichte, wenn man Flüssigkeits-Temperaturen von 10 bis 60 C annimmt. Obwohl der Temperaturfehler des Aräometers in Fig. 6a geringer ist als der eines Glasaräometers, erstreckt er sich von ca. -0,8% bei 10°C (Kurve 13) bis +0,8% bei 60°C (Kurve 14).' Die entsprechenden Kurven 15 und 16 für das Aräometer Fig. 6b zeigen einen Temperaturfehler nirgends größep als — 0,2%; also eine Verbesserung der Temperaturkompensation um den Faktor

Fig. 6b zoigt die einfachste orfindungsgemäße AusfUhrungsform, nämlich ein Aräometer ohne Beschwerung und bestehend aus nur zwei Materialien. In Fällen, wo die Anforderungen an die Temperaturkompensation besonders streng sind, werden erfindungsgemäß mehr als zwei Materialien so kombiniert, daß die Ausdehnung des Aräometers noch besser mit der Ausdehnung der Flüssigkeit übereinstimmt. Beispielsweise zeigt Fig. 8 die Wärmeausdehnungskurven einer Flüssigkeit, wobei die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizients der Änderung der Dichte nicht proportional ist, derart, daß mit abnehmender Dichte die Abnahme der Wärmeausdehnung sich be-

schleunigt. Für diesen Fall zeigt Fig. 9 eine Verkörperung der Erfindung, wo das Volumen Vb aus einer Kombination eim-s Materials 17 mit einem Material 18 besteht. Damit die Wärmeausdehnung des Aräometers nach Fig. 9 mit der der Flüssigkeit in Fig. 8 übereinstimmt, ist der Ausdehnungskoeffizient des Materials 18 kleiner als der des Materials 17,
so daß die Ausdehnung des eingetauchten Volumens des Aräometers mit abnehmender Flüs ;igkeitsdichte ebenfalls bei-.rhlpunigt abnimmt.

Über Dichte-Meßvorrichtungen der vorliegenden Gattung gibt
es kaum Literatur und, da ein Verständnis ihres Funktionsprinzips in der nachfolgenden Beschreibung vorausgesetzt wird,
soll dieses Prinzip mit B'Szug auf Fig. 10 kurz erläutert werden

Ein solcher dichteempfindLioher Schwimmer besteht au:-, einem drehbar gelagerten Auftriebskörper mit einer Beschwerung derart, daß die folgenden Kriterien innerhalb des gesamten Meßbereichs gelten:

1. Die radiale Verbindung zwischen Drehpunkt und Auftriebsschwerpunkt bildet mit der Horizontale einen höheren Winkel als die radiale Verbindung zwischen Drehpunkt und Gewichtsschwerpunkt, d.h. der Schwimmer ist hydrostatisch stabil;

2. Die Dichte der Flüssigkeit (die gemessen werden soll) i:;t größer als die Dichte des Auftriebskörpers und kleiner als
die Dichte der Beschwerung, d.h. bei einer Flüssigkeitsdichte 9, einer Dichte des Auftriebskörpers ς . und einer Dichte der Beschwerung 9 , gilt folgende Ungleichung für alle Werte

Die Geometrie eines solchen Schwimmers zeigt Fig. 10, wo die radiale Verbindung zwischen Drehpunkt und Auftriebsschwerpunkt mit der Horizontale einen Winkel <x bildet und von der Verbindung zwischen Drehpunkt und Gewichtsschwerpunkt durch den Winkel ß getrennt ist. Ist das Volumen des Auftriebskörpers V_ mit dem Auftriebsschwerpunkt im radialen Abstand A vom Drehpunkt, und das Volumen der Beschwerung V, mit dem Gewichtsschwerpunkt im radialen Abstand B vom Drehpunkt, so

ist das Drehmoment des Schwimmers:

M = p [V A cos cc + V.B cos (cc - 3)] - ρ V A cos et - p.V.B cos ία - β), fl)

α O 3 3 Ö Ö

Taucht ein solcher Schwimmer in eine Flüssigkeit ein, so rotiert er, bis das Drehmoment- Null ist. Je höher die relative Dichte der Flüssigkeit, um so höher (mehr positiv) ist der Winkel«. Dies ist ein stabiler Zustand, wobei:

(p - P } V A cos <x = Cp, - p) VJB cos ία - a) [2.]

Der Schwimmwinkel bei einer gegebenen Flüssigkeitsdichte läßt sich mit einer Umordnung von (2) berechnen, worin die Schwimmer, geometrie mit dem ersten Ausdruck, das Verhältnis der Dichten mit dem zweiten Ausdruck und die entsprechenden Winkel mit dem dritten Ausdruck beschrieben werden:

V₁B p, - a
b _# ^vb^v _ cos cc r,-

VA ρ - ρ cos (α - β )

3 3

Die verwendeten Bezeichnungen für Länge, Volumen und Dichte gelten bei einer gegebenen Bezugstemperatur. Nachfolgend werden die Auswirkungen auf Dichtemessungen betrachtet, die bei Temperaturen verschieden von der Bezugstemperatur gemacht werden, und es iiJt offensichtlich, daß diese Größen alle durch die Wärmeausdehnung beeinflußt werden. Bei der Betrachtung von Materialien, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten mit der Temperatur veränderlich sind, kann man die Wärmeausdehnung als das Verhältnis, zwischen einer Länge 1, gemessen bei der Bezugstemperatur T, und der Änderung dieser Länge Jl bei einer anderen Temperatur θ ausdrücken.

Bei der Temperatur θ ist demnach jede Bezugstemperatur-Länge um den Faktor 1 + — verändert, und die veränderte· Länge ist 1-, - 1(1 + —) . Da Δ1 klein ist, kann man die entsprechende VoJumenänderung mit 3-41 annehmen. So wird aus dem Bezugst r-mper.i Iu r—Vo'l uraen V ein ent: prechend verändertes Volumen V₀ - V(1 ι ;j 4^·)· Diese Volumenänderung bedingt offensicht-

lieh eine inverse Dichteänderung, so daß q_a** "T~2T '

Wird die Wärmeausdehnung des Auftriebskörpers einfach mit

/la.

-~- bezeichnet und die Wä'rmeausdehnung der Beschwerung entsprechend mit ^ς~ , und werden dje vorgenannten Ausdrücke für die geänderten Längen, Volumina und Dichten in Gleichung (i) eingeführt, so kann man den Schwimmwinkel in einer Flüssigkeit mit der Dichte q_& bei der Temperatur 9 berechnen mit:

^Va^A p_a (1 - 3 —) - ρ cos (et - ß)

9 3 3

Diese Gleichung ist ähnlich Gleichung (3), und die Tatsache, daß der erste "Ausdruck beider Gleichungen derselbe ist, ist typisch für Schwimmer, bei denen - nach der bisherigen Praxis - die Beschwerung an dem Auftriebskörper befestigt ist. In diesem Falle werden die Längen A und B allein durch die Wärmeausdehnung des Auftriebskörpers bestimmt, so daß ihre Ändurung proportional und auf die Wa'riiHedUiJdcJinunrjij-ch.jrakteristik des Schwimmers ohne Einfluß ist.

Da es ein Ziel der Erfindung ist, Temperaturfehler besser als bisher zu korrigieren, werden hernach neue Bauarten zur Beeinflussung der Wärmeausdehnungs-Charakteristik des Schwimmers vorgeschlagen. Hierzu ist es notwendig, den Begriff eines "Befestigungsradius" einzuführen; dies ist der Abstand R.

zwischen Drehpunkt des Schwimmers und festem Anbringungspunkt des Auftriebskörpers, bzw. der entsprechende Abstand R für die Beschwerung. Durch Einführung dieser Ausdrücke wird die für die Gleichung (4) gemachte Einschränkung aufgehoben, so daß Wärmeausdehnungseffekte in Schwimmern jeglicher Bauart, beschrieben werden mit:

⁺ ¹ ^{n (1 +} V ^cos

T5 ""

^Va^A ^{fl +} T ⁺ T ^[τ~ - -a~^{]) 0}B ^{fl +} *r^J " ^Pa ^COS

IZ

Bei der Bezugstemperatur kann man mit Gleichung (3) die Schwimwinkel eines typischen Schwimmers für gleiche Inkremente der Klüsr.igkpj tsdichte errechnen und wie in Fig. 11 aufzeichnen. Hüir· zeugt es sich, daß gleich«! Dichteinkremente sehr ungleichen Winkelinkrementen entsprechen, und daß dieser Mangel an Linearität den praktisch verwendbaren Skalenumfang auf etwa 80° begrenzt. Dies ist eine Eigenschaft solcher Geräte, und so kann eine annehmbare Linearität der Dichteskala nur durch Einschränkung des Skalenumfangs - d.h. durch Verkleinerung des Meßbereichs oder der Teilungsabstände - erreicht werden.

Als ein Beispiel einer Eigenschaft der Erfindung zeigt Fig. die Winkelskalen 19 und 20, die gleichen Inkrementen der Flüssigkeitsdichte (zwischen 1020 und 1080 kg/m ) entsprechen. Skala 19 gilt für Schwimmer 19, der offensichtlich so beschaffon int, daß er im unteren Teil, des Dichtebereichs relativ große Winkelinkremente aufweist, während Skala 20 für Schwimmer 20 gilt, der umgekehrt beschaffen ist. Da der Bereich der größten Winkelinkremente der Bereich der größten Meßgenauigkeit ist, kann man sagen, daß im unteren Dichtebereich der Schwimmer 19 das Meßergebnis überwiegend bestimmt, während im oberen Dichtebereich der Schwimmer 20 überwiegt. Wird auf diese Weise den beiden Schwimmern je die Hälfte des Dichtebereichs zugeordnet, so sieht man, daß jede Hälfte einem Winkelbereich von etwa 80° entspricht (durch unterbrochene Linien angedeutet), worin die Winkelinkremente relativ groß sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung trägt einer der Schwimmer eine Dichteskala und der andere einen Index, dessen Stellung an der Skala abgelesen werden kann; ein Konzept, das an sich aus der US-PS 4 136 55¹ bekannt ist.

Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform von Schwimmer 10 aus Fig. 12 in der Form eines Skalenteils 21 und eine Ausführungsform von Schwimmer 20 aus Fig. 12 in der Form eines Indexteils 22. Beide Teile sind auf einer gemeinsamen Achse drehbar gelagert. Das Skalenteil 21 trägt eine Skala mit Winkelinkre-

menten, die den relativen Stellungen der beiden Teile bei den gegebenen Dichten entsprechen, und diese sind offensichtlich die Summen der Winkelinkremente der einzelnen Teile, wie in Fig. 12 gezeigt. Aus Fig. 13 ist zu ersehen,· daß die Linearität der resultierenden Skala sehr gut ist (auch sehr viel besser als die Linearität der 80°-Skalenhälften von Fig. 12) und weiter, daß der Skalenumfang sich über 210° erstreckt (und somit die Summen der 80°-Skalenhälften um 30% übertrifft). Die Kombination von derart beschaffenen Schwimmern ist daher einer einfachen "additiven" Zusammenstellung zweier Schwimmer deutlich überlegen, sowohl in bezug auf Skalen!inearität alu auch auf Skalenumfang.

Bei genauer Betrachtung zeigt es sich, daß die Skalenteilung von Fig. 13 um die Skalenmitte symmetrisch ist, und daß di-s aus der Spiegelsymmetrie der Skalen 19 und 20 von Fig. 12 folgt. Offensichtlich sind die Skalenwinkel von Fig. 12 nicht vorgeschrieben (indem man dem gegebenen Dichtebereich einen anderen Winkelbereich zuordnet, ergeben sich andere Winkelinkremente nach Gleichung (3)), noch ist eine Symmetriebeziehung zwischen den Skalen 19 und 20 erforderlich. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Winkelbereich eines jeden Schwimmers so gewählt werden kann, daß die resultierende Skalenteilung im Ganzen <x]ar an einer beliebigen Stelle, symmetrisch oder asymmetrisch, vergrößert oder verkleinert wird.

Fig. 14 zeigt die Ausführungsform des Skalenteils 21 von Fig. 1 3 in Einzelheiten. Wäre dieses Teil eine kreisförmige Platte gleichmäßiger Dicke, so wäre es um den Mittelpunkt hydrostatisch neutral. Besteht das Teil aus einem Auftriebsmaterial, so kann man ein hydrostatisch wirksames Auftriebsvolumen (V ) dadurch schaffen, daß man die Platte

verdickt, z.B. innerhalb der Fläche 24.

Der Winkel Qi bezieht sich dann auf die radiale Verbindung des Drehpunkts mit dem Auftriebsschwerpunkt des zusätzlichen Volumens. Anstelle der Verdiekung innerhalb der Fläche .'■]

kann man die Plattendicke vermindern - oder die Platte ganz ausschneiden - innerhalb der Fläche 25, welche der Fläche 24 diametral gegenüberliegt. Ein hydrostatisch wirksames Auftriebsvolumen kann man auch dadurch schaffen,· daß man einen Sektor der Platte wegläßt, oder daß bei einer gleichmäßig dicken Platte die Achse 23 außermittig angeordnet wird. In diesem Beispiel wird die Beschwerung 26 an dem Auftriebskörper befestigt, wie es in der bisherigen Praxis üblich ist.

Fig. 15 zeigt die Ausführungsform des Indexteils 22 von Fig. 1'] in Einzelheiten. Ein Ind<?xteil kann nach den bereits für das Skalenteil beschriebenen Prinzipien ausgeführt werden (z.B. indem man ein kleineres kreisförmiges Teil verwendet, so daß die Skala nicht bedeckt wird). Jedoch ist jedes Volumen, das nicht um den Drehpunkt symmetrisch ist, hydrostatisch wirksam, so daß in diesem Beispiel der Auftriebskörper als Kreissektor mit einem Index 27 ausgeführt ist. Hierbei kann der Index 27 relativ zum Winkel α versetzt angeordnet werden (z.B. um das Ablesen der Skala zu erleichtern), wenn gleichzeitig die Skala um den gleichen Betrag relativ zum Winkel u. des Skalenteils 21 versetzt angeordnet wird. In diesem Beispiel ist der Drehpunkt 28 ringförmig und um die Achse 23 des Skalenteils 21 drehbar, so daß beide Teile einen gemeinsamen Drehpunkt haben. Die Beschwerung 29 ist hier ebenfalls an dem Auftriebskörper befestigt,, wie in der bisherigen Praxis üblich.

In Fig. 13, 14 und 15 sind die beiden Schwimmer so konstruiert, daß das Indexteil vor dem Skalenteil angeordnet ist. Diese Anordnung kann umgekehrt werden, solange der Index sichtbar bleibt, damit seine Stellung an der Skala abgelei;c->ri werden kann. Hier ist das Skalenteil 21 der Winkelskala 19 von Fig. 12 zugeordnet und das Indexteil 13 der Winkelskala 20 von Fig. 12, jedoch ist diese Zuordnung willkürlich. Durch Umkehrung der Zuordnung ändern sich weder die beschriebenen Prinzipien noch die resultierende Skala.

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Aus dem Gesagten geht hervor, daß in Übereinstimmung irii.t Gleichung (3) jeder Schwimmer einen Winkel oc gegenüber der Horizontale unabhängig einnimmt, so daß die relative Stellung der eingetauchten Schwimmer nur von d<..*r· Dichte dor Flüssigkeit abhängt. Hierin ist insofern ein weiterer Vorteil zu sehen, als die Ablesung keinerlei "künstlichen Horizont" erfordert, wie in den meisten bisherigen Geraten üblich (ein Beispiel ist in der US-PS 4 037 481 des Anmelders beschrieben).

Da Dichtemessungen häufig bei unterschiedlichen Temperaturen gemacht werden müsser, ist der "Temperaturfehler" von Geräten dieser Art wichtig. Der Winkelbetrag der Temperaturfehler eines Schwimmers herkömmlicher Konstruktion ergibt sich aus dem Unterschied der Winkel ^ , die aus Gleichung \ 3) und Gleichung (4) errechrel werden. In der bisherigen Praxis wurden Beschwerungen aus Metall verwendet. Wegen ihres kleinen Volumens (hoher Dichte) und kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist ihr Einfluß auf den Temperaturfehler vernachlässigbar. In solchen Fällen beruht der Temperaturfehler fast gänzlich auf dem Unterschied zwischen der Wärmeausdehnung des Auftriebskörpers und der der Flüssigkeit. Typische Flüssigkeiten (z.B. wäßrige Lösungen) haben bei verschiedenen Dichten verschiedene Ausdehnungskoeffizient < >n (daß diese Koeffizienten auch mit der Temperatur veränderlich sind., wird später behandelt), so daß eine vollständige Temperaturkompensation nur bei einer einzigen Dichte erzi.t-L-bar wäre. Dies wäre dann der Fall, wenn die Ausdehnung (U-.; Auftriebskörpers mit der der Flüssigkeit identisch wäre. Andere Dichten derselben Flüssigkeit, mit anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wären mit einem Terr.peraturfehler behaftet, sofern die Messurg bei einer anderen als der Bezugstemperatur, für die das Gerät konstruiert wurde, gemacht würde. (Aus diesem Grunde ist in der US-PS 3 908 467 eine Mehrzahl von Schwimmern und zugeordneten Skalen vorgehen] .--gen, und so der Meßbereich des Gerätes aufgeteilt, um den Dichtebereich eines jeden Meßwerks zu verkleinern.) Unter

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diesen Umstanden besteht die Temperaturkompensation einfach darin, daß man ein Auftriebsmaterial wählt, dessen Wärmeausdehriung einer durchschnittlichen Wärmeausdehnung der zu messenden Flüssigkeitsdichten entspricht.

Um die Wärmeausdehnungseffekte in dieser Art Geräte anschaulicher darzustellen, kann man vereinfachend annehmen, daß die Wärmeausdehnung der Materialien eine lineare Funktion der Temperaturänderung ist. Demnach werden die Ausdehnungskurven einer typischen Flüssigkeit zu Geraden - wie in Fig. 16 dargestellt - wo die Flüssigkeitsdichte sich von 1020 bis 1080 kg/m³ erstreckt und wo - wie es meist der Fall ist - der Wärmeausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit mit zunehmender Dichte ebenfalls zunimmt. Die Kurve 30 zeigt dann die Ausdehnung eines Auftriebskörpers, dessen Ausdehnung der durchschnittlichen Ausdehnung der Flüssigkeit am besten entspricht, und daher den geringsten Temperaiurfehler hat.

Unter den Voraussetzungen von Fig. 16 zeigt Fig. 17 die Temperaturfehler eines typischen Schwimmers mit einem Skalenwinkel von 80° für den gegebenen Dichtebereich. Die Skala gilt für die in Fig. 16 gezeigte Bezugstemperatur, und der Temperaturbereich erstreckt sich von 0 C bis +70 C. Für ausgewählte Flüssigkeitsdichten wird der Temperaturfehler bei

:i« 3

0 C als unterbrochene Linie und der bei +70⁰C als punktierte Linie gezeigt. Bei der Flüssigkeitsdichte 1100 kg/nr gibt es keinen Temperaturfehler, denn hier ist die Ausdehnung des Auftriebsmaterials mit der der Flüssigkeit identisrh. Dit.· 'IVmperaturfehler sind bei den Dichte-Extrema am größten, und daß das Vorzeichen des Temperaturfehlers von einem Extrem zum anderen sich umkehrt, ist eine Folge der relativen Ausdehnungen gemäß Fig. 16.

Hier sei darauf hingewiesen, daß die durch Wärmeausdehnung verursachten Winkeländerungen zur Beurteilung des Temperaturfehlers insofern ungeeignet sind, als dieser eigentlich auf die angezeigte Dichte bezogen werden sollte. Wo die Skalenteilung groß ist, stellt ein gegebener Winkelfehler

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einen geringeren Dichtefehler dar al:; dort, wo die :.;kaJ Zuteilung kleiner ist. Somit entnimmt, man der I·¹ ig. 17, daß (obwohl die Winkelfehler bei den Dichte-Extrema nicht groß sind) der Anzeigefehler etwa - 5 kg/m betragt, und daß dies der größte Temperaturfehler für den gegebenen Temperaturbereich ist.

Diese Betrachtungsweise kann man auf die Erfindung anwende.-:, indem man weiterhin die Flüssigkeit gemäß Fig. 16 annimmt, und die in Fig. 12 gezeigten Schwimmwinkel bei der Bezugrtemperatur voraussetzt. Hier überwiegt der Schwimmer 19 iμ dem Dichtebereich von 1020 bis 1100 kg/nr , so daß - analog dem vorigen Beispiel - ein Auf trieb.smateria I ~.u wählen war··, dessen Wärmeausdehnung der der Flüssigkeit bei der Dichte 1060 etwa gleich wäre. Für den Schwimmer 20 wählt man entsprechend ein Auftriebsmaterial mit einer Wärmeausdehnung etwa gleich der der Flüssigkeit bei der Dichte 1140. Dir-:- Annahme zeigt Fig. 18, wo die Wärmeausdehnungen der Auftriebskörper 19 und 20 durch die Kurven 31 und 32 dargestellt sind.

Fig. 19a zeigt die Temperaturfehler der jeweiligen Schwimmer, während Fig. 19b die resultierenden Temperaturfehler in bezug zu der Dichteskala zeigt. Letztere sind die Sumrr.'-der durch Temperatureffekte verursachten Winkeländerungen. Hier wiederum ist der Fehler bei 0 C air, unterbrochene Linie und der bei +70⁰C als punktierte Linie dargestellt. Auch hier sind die Winkelfehler bei den Dichte-Extrema am. größten, jedoch ist der Anzeigefehler nirgends größer al:-. - 3 kg/m³.

Die Temperaturfehler der einzelnen Schwimmer summieren sich nach einer einfachen "Vorzeichenregel", die aus Fig. 18 leicht erkennbar ist: Liegt die Ausdehnung der Flüssigkeil zwischen den Ausdehnungen der beiden Schwimmer, so haben die Winkelfehler der Schwimmer entgegengesetzte Vorzeichen, und ihre Summe ist kleiner als der größte Einzel fehler; i:U.

-Stu

Ausdehnung der Flüssigkeit jedoch größer (kleiner) als die größte (kleinste) Ausdehnung der Schwimmer, so haben die Winkelfehler der einzelnen Schwimmer gleiches Vorzeichen, und ihre Summe ist größer als der größte Einzelfehler. In dem ersten Fall bewirkt das Zusammenwirken der Schwimmer eine absolute Verkleinerung der durch Wärmeausdehnung verursachten Meßfehler; in dem zweiten Fall wird das Gegenteil bewirkt.

Im Hinblick auf die vorgenannte Vorzeichenregel ist es aufschlußreich, einen Extremfall zu betrachten. Fig. 20 zeigt ein Beispiel, wo die Kurve 33 die Wärmeausdehnung des Schwimmers 19 darstellt und die Kurve 34 die Wärmeausdehnung des Schwimmers 20. Die Ausdehnungen der Auftriebs— materialien entsprechen an keiner Stelle der Ausdehnung der Flüssigkeit, und Fig. 21a (analog zu Fig. 1Sa) zeigt, daß die Winkelfehler der einzelnen Schwimmer relativ groß sind.

Fig. 21b zeigt jedoch, daß die Summen der Einzelfehler (der Vorzeichenregel folgend) sehr viel kleiner als die Einzelfehler selbst sind, so daß dor Anzeigefehler nirgends größer als - 2,5 kg/m ist. Darüber hinaus zeigt Fig. 21b eine fast vollständige Temperaturkompensation nicht nur bei. der mittleren Dichte, sondern jetzt auch bei den Dichte-Extrema, wo die fast gleichgroßen Einzelfehler entgegengesetzte Vorzeichen haben. Die beiden Beispiele zeigen, daß die erfindungsgemäße Verwendung von Auftriebsmaterialien mit sehr unterschiedlicher Wärmeausdehnung jeweils eine bessere Temperaturkompensation bewirkt als die Verwendung eines "idealen" Materials in einem herkömmlichen Gerät.

Nimmt man für die Erfindung "ideale" Materialien an (analog der Annahme für Fig. 16 und Fig. 17), so wären die Wärmeausdehnungen der Schwimmer 19 und 20 etwa wie die Kurven 35 und 36 von Fig. 22 zeigen. Fig. 23a (analog Fig. 19b und Fig. ? I b ) XfIfJl d i ο resul L ierenden Temperaturfehler, die im ganzen Meßbereich nirgends größe;r als - 1 kg/m sind. Da die verbleibenden Winkelfehler so klein sind, werden sie in Ta-

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belle I aufgeführt, wo Δ<χ. die Winkelfehler-des einzelner-Schwimmers, ΣΔ<χ die Summe der Winkelfehler bei dem jeweiligen Temperaturextrem und ^T, A(X. die Summen fur den ganzen Temperaturbereich bezeichnen. Aus Tabelle I ersieht man, wie die entgegengesetzten Vorzeichen der L'inzelfehler (Acx. ) eine absolute Verkleinerung des Anzeigefehlers (i'Zkx) bei allen Dichten und Temperaturen bewirken

Flüssigkeits-(iichte bei Bezugstemp.

0 ⁰C

Schwimmer 19 20

Δ -χ Δα

-70 ⁰C

Schwimmer
19 20

ί, α Δ nc

0 ⁰C

bis

•70 ¹

1020 j	-0.7	-¹O₁I	-0,6	+1,	3	-0.2	+ 1.1	ι	1 .7 °
1060	-1.1	-1.7	+0.6	+1	9	-2.7	-0.8	I	1.4 °
1100	-1.7	+ 1.6	-0.1	-3	.0	-2.8	-0.2	ι	0 ,3 "
1140	-1.8	+1.1	-0.7	+3	.2	-2.0	+ 1,2	I	1.9 °
1180	0.0	+0.8	+0.8	+0	.2	-1.5	-1.3	I	2.1 °

Tabelle I

Bringt man die Summe der /nzeigefehler für jedes Temperaturextremum in Beziehung zu den Wi nkel i π kremen l: en an dor jeweiligen Stelle der Dichteskala, so kann man den maximalen Temperaturfehler in Prozent der angezeigten Dichte angeben. Fig. 23b zeigt diese Angaben für den gesamten Dichtebereich, wobei der Temperaturfehler bei 0⁰C als unterbrochene Linie und der bei +7O⁰C als punktierte Linie dargestellt ist. Aus Fig. 23b erkennt man, daß die "S"-förmigen Fehlerkurven, die eine Eigenschaft der Erfindung sind, die Temperaturkompensation erheblich begünstigen.

Es wurde gesagt, daß die linearisierten Ausdehnungskurven eine vereinfachte Darstellung der wirklichen Materialeigenschaften sind. Jedoch ist es offensichtlich, daß die praktische Gültigkeit der aus den vorangegangenen Beispielen gezogenen Schlüsse nicht von der Linearität der Wärmeausdehnuny abhängt, sondern vielmehr von der Übereinstimmung zwischen

/22

IO

Kurven der wirklichen flüssigkeiten und Kurven der wirklichen Schwimmer-Materialien. In der Praxis zeigt es sich, daß die Wärmeausdehnungskurven z.B. einer Vielzahl von Kunststoffen (deren Dichte sie zur Verwendung als Auftriebsmaterial geeignet macht) sehr ähnlich den Ausdehnungskurven einer Vielzahl von wäßrigen Lösungen sind. In beiden Fällen sind die Kurven nicht linear, da sie eine Zunahme der Wärmeausdehnungskoeffizienten mit zunehmender Temperatur zeigen. fjomj I- kann der Konstrukteur leicht ein Material wählen, das für eine gegebene Flüssigkeit eine hinreichende Temperaturkompensation innerhalb eines bestimmten Dichte- und Temperaturbereichs gewährleistet. Es wurde gesagt, daß bisher die Temperaturkompensation in erster Linie durch Wahl eines geeigneten Auftriebsmaterials erzielt wurde; im Falle der Erfindung sind die Anforderungen an die Materialeigenschaften keineswegs strenger als es bei den herkömmlichen Geräten der Fall ist. Im Gegenteil, die vorangegangenen Beispiele mit drei verschiedenen Material-Kombinationen (d.h. sechs verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten) ergaben in jedem Fall eine bessere Temperaturkompensation als die Verwendung eines idealen Materials in einem herkömmlichen Gerät.

Damit di<³ Vorteile der Erfindung weiter ausgeschöpft werden, bezweckt die Erfindung ferner die Beeinflussung des Temperaturverhaltens der Schwimmer mit neuen konstruktiven Mitteln. In der bisherigen Praxis wurden ja metallische Beschwerungen, deren Einfluß auf das Temperaturverhalten sehr gering ist, verwendet. Im Gegensatz hierzu werden erfindungsgemäß Beschwerungen mit relativ großem Volumen und größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet. Das Temperaturverhalten der Schwimmer wird durch solche Beschwerungen erheblich beeinflußt und wird nicht langer fast ausschließlich durch die Wärmeausdehnung des Auftriebsmaterials bestimmt. Offensichtlich müssen solche Beschwerungen ebenfalls der Ungleichung ς> < q für alle Werte von ς> genügen.

Inwieweit eine Beschwerung die Wärmeausdehnung des Schwimmers als Ganzes beeinflussen kann, läßt sich durch Auswertung des ersten Ausdrucks von Gleichung (4) bourt^il^n. Setzt man Radius A -- Radiu; B, so wird der Ausdruck V. /V

D ti

und beschreibt das Volumenverhältnis von Beschwerung und Auftriebskörper. In herkömmlichen Geräten mit metallischen Beschwerungen liegt diese Größe - je nach den gegebenen Dichten und entsprechenden Schwimmwinkeln - etwa zwischen 0,015 und 0,04; d.h. das Volumen des Auftriebskörper? ist 25 bis 70 mal größer als das der Beschwerung.

Sind die Volumina weniger ungleich, so kann der Konstrukteur die Wärmeausdehnung des Schwimmers insgesamt durch die Wärmeausdehnung der Beschwerung beeinflussen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Beschwerungen relativ niedriger Dichte verwendet werden, und zwar so, daß die Dichte der Beschwerung weniger als das Vierfache der Dichte des Auftriebskörpers beträgt, d.h.:

Wenn z.B.'die Dichte der Beschwerung etwa das Anderthalbfache der Dichte des Auftriebskörpers beträgt, so würde das Verhältnis V, /V Werte von etwa 0,3 bis 3 annehmen. Somit könn-D a

te das Volumen der Beschwerung - je nach Dichte- und Winkelbereich des Schwimmers - ein Drittel so groß oder dreimal no groß wie das Volumen des Auftriebskörpers sein. Hat also der Konstrukteur geeignete Materialien ausgewählt, so kann er darüber hinaus das Volumenverhältnis der Materialien und somit die Wärmeausdehnung des Schwimmers - dadurch bestimmen, daß er den Dichte- und Winkelbereich entsprechend bostimmt. Somit bietet die orf'indungr>gemäß<? Verwendung von Beschwerungen niedriger Di^hLe den Vorteil .girier. zu^Mtzlichen "Freiheitsgrades" der Konstruktion, denn die Temperaturkompensation ist nicht länger durch die Materialwahl allein gegeben.

Als weiteres neues Mittel zur Beeinflussung des Temperaturverhaltens der Schwimmer sieht die Erfindung Schwimmer"· truk t u-

SZ

ren vor, worin die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Auftriebskörper und Beschwerung nichtproportionale Veränderungen der hydrostatischen Radien A und B bewirken. In herkömmlichen Schwimmern wird ja die Beschwerung an dem Auftriebskörper befestigt, so daß die Ausdehnung des Auftriebsmaterials die Radien A und B proportional verändert und somit das Temperaturverhalten des Schwimmers nicht beeinflußt. Beschwerungen niedriger Dichte (d.h. mit relativ großen Volumina) ermöglichen jedoch Schwimmer-Konstruktionen, wo - unter Beibehaltung der relativen Winkelstellung von Auftriebskörper und Beschwerung - infolge der ungleichen Ausdehnungen der beiden Materialien eine nichtproportion.ile Änderung der Radien A und B stattfindet. In diesem Fall folgt das Verhalten des Schwimmers aus Gleichung (5) statt, wie bisher, aus Gleichung (4).

Diese Mittel werden beispielsweise in den Ausführungsformen nach den Fig. 24a, 24b und 24c gezeigt. Fig. 24a zeigt eine Ausführungsform ähnlich der des Indexteils 22 von Fig. 13. Hier ist ein Auftriebskörper 37 an einer Beschwerung niedriger Dichte 38 befestigt. Dies ist eine Umkehrung der bisherigen Praxis, und da die Wärmeausdehnung des Beschwerungsmaterials relativ klein wäre, hätte der Schwimmer einen sehr viel kleineren Ausdehnungskoeffizienten als das Auftriebsmaterial allein. Hier werden die temperaturabhängigen Veränderungen der beiden Radien A und B durch die Wärmeausdehnung der Beschwerung bestimmt;, so daß Gleichung (4) für diesen Fall noch gilt.

Fig. 24b zeigt eine ähnliche Verkörperung, wo eine Beschwerung niedriger Dichte 39 und ein Auftriebskörper 40 im Drehpunkt mittels konzentrischer Ringe 41 und 42 aneinander befestigt sind. Bei Temperaturänderung erlaubt eine "Schwalbcn:jChwanz"-Verbindung 43 eine unterschiedliche radiale Ausdehnung mit Beibehaltung der relativen Winkelstellung der Teile. - Haben die beiden Materialien unterschiedliche Wärmeau:;dehriurig:»koof f izienten , so bewirkt die Temperaturänderung nichtproportionale Änderung der Radien A und B, womit

für diesen Fall Gleichung (5) gilt. Da beide Teile im Drehpunkt befestigt sind, sind beide "Befestigungsradien",

R und R_K, gleich Null, und der erste Ausdruck von Gleia D

chung (5) wird:

VA fi -—j

Fig. 24 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, wobei die Befestigung 46 der Beschwerung niedriger Dichte 44 mit dem Auftriebskörper 45 sich am Rande des Schwimmers befindet, während die relative Winkelstellung der Toi. Le durch d--n Schalbenschwanz 47 gewährleistet ist. Hier ist der Auftriebskörper, wie zuvor, am Drehpunkt befestigt, so daß der Befestigungsradius R gleich Null ist. Die Beschwerung ist jedoch bei 46 befestigt, so daß der Befestigungsradius R, den Wert B + X annimmt. Werden diese Werte in Gleichung (5) eingesetzt, so wird der erste Ausdruck:

ι/ (n j. rß ^ ri^Äa v^ft^i ν, {α -ι- (ΰ + Λ J— - Λ -,--J

VA il *f) a a

W.irf'H die Materialien und di<' Vo I i.jin i n.i d'T An :. ( iiht mi·) ·; [ Otmen nach den Fig. 24b und 24c identisch, so ware das Ί'οπιρ'.τα-turverhalten der beiden Schwimmer, infolge der erfindungsge-■mcißen Modifikation der Befestigungsradien, dennoch verschieden .

Offensichtlich kann man diese Mittel bei dem einen oder bei beiden Schwimmern anwenden, und ihre Auswirkung auf die Temperaturkompensation wird von den gewählten Dichte- und Winkelbereichen der Schwimmer abhängen. Da es eine Vielzahlgeeigneter Materialien gibt und da diese bekanntlich durch entsprechende Füllmittel weiter modifiziert werden können, Ia:;:;en sich die Vorteil" (Ut Ρ!γΓ i mluriq ohne- K i iTvhrrnil- urin i π c| i f l'r,ix j :; Ulli;,!· I /"ti.

Um diese Vorteile in einer Anwendung zu verifizieren, kann man als Beispiel einen Präzisionsdichtemesser für wäßrige Lösungen der Schwefelsäure untersuchen. Ein wesentlicher

Dichtebereich ist der von 1100 bis 1300 kg/m und ein üblicher Tomperaturbereich wäre von +10°C bis +45°C. In diesem Beispiel sollen der Auftriebskörper von Schwimmer 19 aus unmodifiziertem Hochdruckpolyäthylen, der Auftriebskörper von Schwimmer 20 aus unmodifiziertem Niederdruckpolyäthylen und die Beschwerungen beider Schwimmer aus unmodifiziertem Polyfluorkohlenstoff bestehen. Die Befestigungsradien der beiden Teile beider Schwimmer sind Null und dor :;kalenumfang sol], wie bisher, 210° betragen. l-'iij.X¹' /.(M(Ji dfi'i TcmpfTtiturfohler in Prozent der angezeigten Dichte für die Moßtemperaturen +10⁰C (unterbrochene Linie), + 25°C (durchgehende Linie) und +45°C (punktierte Linie). Fig. 25 bestätigt die aus den vereinfachten Annahmen gezogenen Schlüsse und zeigt, daß die Anwendung der Erfindung die Korrektur von Temperaturfehlern in einem Maße ermöglicht, das bei herkömmlichen Geräten ausgeschlossen ist.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß - obwohl man ein solches Gerät benutzen kann, indem man es einfach in eine Flüssigkeit eintaucht - in- den meisten Fällen die Schwimmer in einem wenigstens teilweise durchsichtigen Gehäuse eingebaut werden. Das Gehäuse wird - meist mittels eines Ansaugebalgs - so gefüllt, daß die Schwimmer in die Flüssigkeitsprobe eintauchen. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die mit solchen Geräten gemachten Dichtemessungen häufig erheblich verfälscht werden. Das liegt daran, daß scheinbar unvermeidliche Luftblasen in der Flüss;igkeitsprobe den Schwimmern anhaften und aufgrund irres zusatz]ichen Auftriebs den Schwimmwinkel wesentlich verändern. Die Ansaugöffnung eines solchen Gehäuses muß klein sein, denn die Oberflächenspannung innerhalb dieser Öffnung muß dem Auslaufen des gefüllten Gehäuses entgegenwirken. Des weiteren wird ein Ansaugbalg, dessen Elastizi-

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tat ein hinreichend schnelles Füllen des Gehäuses ermöglicht, besonders am Anfang des Füllvorgangs (wenn der Balg weitestgehend zusammengedrückt ist) einen steilen Druckgiddienten an der Saugstelle erzeugen. Ebenfalls zu diesem Zeitpunkt ist das Gewicht der durch den Druckgradienten gehobenen Flüssigkeitssäule am geringsten, so daß der Balg sich rasch ausdehnen kann. Eine besonders hohe Einströmgeschwindigkeit ist das Ergebnis, und Strömungsgeschwindigkei ten um 3 m/s sind nicht ungewöhnlich. Deswegen ist es üblich, Prallflächen verschiedenster Gestalt innerhalb dey Gehäuses anzubringen, damit das Meßwerk nicht unmittelbar von diesem Flüssigkeitsstrahl getroffen wird. Bei solchen Geschwindigkeiten ist es jedoch unvermeidlich, daß der Flüssigkeitsstrahl beim Aufprall zerstäubt, so daß die Flüssigkeitsprobe Luftblasen in großer Zahl enthält. Aus diesem Grunde wurde bisher der Benutzer angewiesen, erst die Luftblasen vom Meßwerk abzuklopfen und danach die Anzeige abzulesen. Dies war deswegen unumgänglich, weil eine wesentliche Verminderung der Einströmgeschwindigkeit (die z.B. durch Verminderung der Elastizität des Ansaugbalgs bewirkt werden könnte) die Füllzeit unmäßig verlängern würde. Der Benutzer eines solchen Geräts würde dann die Ansaugöffnung aus der zu untersuchenden Flüssigkeit herausnehmen, bevor der Balg sich vollständig ausgedehnt hätte. Die weitere Ausdehnung des Balges würde dann am Ende des Vorgangs Luft ansaugen, obwohl am Anfang Luftblasen vielleicht vermieden worden wären.

Die Verfälschung der Anzeige durch Luftblasen ist bei Geräten dieser Art ein schwerwi egrmk-r M.mgeJ , und :;o ist es fi weiterer Zweck der Erfindung, die Bildung von Luftblasen in der Flüssigkeitsprobe unter allen normalen Bedingungen zu verhindern. Hierzu werden die oben beschriebenen-Schwimmer in ein bekanntes Gehäuse eingebaut, das mittels einer bekannten Ansaugvorrichtung so gefüllt wird, daß die Schwimmer ganz in die Flüssigkeitsprobe eintauchen. Die kleine äußere Ansaugöffnung des Gehäuses wird erfindungsgemäß mittels eines sich allmählich erw^i tr-rnden An.s.iuqk-Mnd 1:,

mit: der Meßkammer verbunden, so daß der Kanalquerschnitt an der Eintrittsstelle zur Meßkammer wesentlich größer als an der Öffnung ist. Da die Durchflußmenge an der Eintrittsstelle zur Meßkammer zeitlich gleich der Durchflußmenge an der Ansaugöffnung ist, muß an diesen Stellen die Strömungsgeschwindigkeit dem Kanalquerschnitt umgekehrt proportional sein.

Die mögliche Verzögerung innerhalb eines solchen Ansaugkaria 1:; wird dadurch begrenzt, daß ein zu steiler Druckgradient entlang dos Kanals zum Abreißen der Strömung und wiederum zur Bildung von Luftblasen führen würde. Die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit an der Ansaugöffnung ist natürlich von der Querschnittsgröße und von dem momentanen Druckgradienten abhängig, doch typische Bedingungen ergeben REYNOLDsche Zahlen nicht größer als 1 · 10 . Unter diesen Umständen sollte - je nach Größe der Öffnungen und Anordnung des Meßwerks - der Kanalquerschnitt an der größten Stelle viermal so groß wie an der Ansaugöffnung sein, und ein konischer AnsaugkanaL sollte einen Erweiterungswinkel nicht größer als 5 haben.

Doch muß der· Querschnitt des Ansaugkanals nicht kreisförmig sein, und unter Umständen wäre ein Querschnitt mit rechteckiger oder anderer Form bautechnisch vorteilhaft. In solchen Fällen kann die Erweiterung des Kanals auf dessen Umfang C und entsprechende Querschnittsfläche A bezogen werden. (Dies erfolgt analog dem "hydraulischen Radius"^, ein Ähnlichkeitskriterium für die Flüssigkeitsströmung in geraden Rohren.) Ist dA ein Inkrement der Querschnittsfläche, entsprechend dl ein Hnkrement der Länge in Ströinurujsrichlung, rjo sind AnsdUijkanal-Erweiterungen im Sir.ne der Erfindung dann gleich, wenn die Werte des Ausdrucks —. . -^j gleich sind. Da die in Frage kommenden Erweiterurigswi nkel klein sind, wird dieser Ausdruck für einen kc-

dr
nischen Ansaugkanal zu -ry, wobei r den Querschnittsradius bedeutet. Somit gilt für einen konischen Ansaugkanal nach der Erfindung:

O < ~ < 0.09
al

und für einen Ansaugkanal beliebiger Querschnittsforin:

Sollen die Vorteile eines sich erweiternden Ansaugkanals unter allen praktischen Bedingungen erhalten bleiben, so ist zu berücksichtigen, daß solche Geräte mit Ansaugverlängerungen für verschiedene Verwendungszwecke bestückt werden. Hierzu wird ein biegsamer Schlauch passender Länge über die Ansaugöffnung gesteckt. Da ein kleiner Schlauchdurchmesser die Strömung verzögert und somit die Füllzeit merklich verlängert, ist die Querschnittsflache solcher Schläuche meist wesentlich größer als die der Ansaugöffnung des Geräts. Deshalb (und wegen der unkontrollierten Bewegungen des biegsamen Schlauchs) läuft der Schlauch meist leer, sobald sein offenes Ende aus dem Flüssigkeitsspiegel austaucht. Hierdurch wird nur wenig Flüssigkeit verloren, doch ist wegen der Länge des Schlauchs die Änderung der Flüssigkeitssäule im Vergleich zur Gesamthöhe des GerciU; reldtiv groß. Somit wird das am Ende des Ansaugvorganges bestehende hydrostatische Gleichgewicht gestört; der Ansaugbalg kann sich weiter ausdehnen und dadurch Luft ansaugen, obwohl aus dem Gehäuse selbst keine Flüssigkeit ausgelaufen ist.

Im Falle eines sehr flexiblen Ansaugbalgs genügt eine geringe Störung des Druckgleichgewichts, um die weitere Ausdehnung des Balges auszulösen. Dadurch wird die Flüssigkeitssäule innerhalb des Schlauchs verkürzt und ein Vorgang beschleunigt, wobei zuerst Flüssigkeit, dann Luft aus dem Schlauch angesaugt wird. Der Vorgang kann sogar einen oszillatorischen Charakter annehmen, wobei das Ansaugen vcn Luft sich mit dem Ausfließen von Flüssigkeit wiederholt abwechselt.

/30

ι*

Zum genauen Messen ist es unbedingt erforderlich, daß Luftblasen und Turbulenzen innerhalb der Meßkanuner vermieden werden. Aus diesem Grund sieht die Erfindung weiter vor, daß der Ansaugkanal in Form eines umgekehrten "U" angeordnet ist, wobei die höchste Stelle des Kanals wesentlich höher als die Eintrittsstelle des Kanals in die Meßkammer liegt. Hierdurch wird Luft, die nach Beendigung des Ansaugvorgangs die Ansaugöffnung passiert, an der höchsten Stelle des Kanals verbleiben. Somit wird erneut ein hydrostatisch stabiler Zustand geschaffen, so daß keine Luft in die Meßkammer eintritt und keine Flüssigkeit daraus ausfließt.

Im Gehäuse wird der für den Ansaugkanal zur Verfügung stehende Raum meist beschränkt sein. Deshalb wird der Ansaugkanal vorzugsweise so gestaltet, daß im aufsteigenden Teil (zwischen Ansaugöffnung und dem höchsten Punkt) die Erweiterung des Kanals relativ größer ist als im absteigenden Teil (zwischen dem höchsten Punkt und dem Eintritt des Ka-. nals in die Meßkammer). Somit ist die durch die Erweiterung induzierte negative Beschleunigung der einströmenden Flüssigkeit dort, wo sie durch eine gleichgerichtete Schwerebeschleunigung unterstützt wird, am größten, und wo die Schwerebeschleunigung der Flüssigkeitsverzögerung entgegenwirkt, relativ kleiner. Hierdurch wird die Gefahr des Abreißens der Strömung herabgesetzt, und für eine gegebene Länge des Kanals eine maximale Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht.

Fig. 26.zeigt beispielsweise einen Dichtemesser nach der Erfindung. Das durchsichtige Gehäuse 48 enthält die um eine gemeinsame Achse drehbar gelagerten Schwimmer 49 und 50. Das zusammendrückbare Volumen des Ansaugbalgs 51 ist so bemessen, daß das Gehäuse 48 mit einer Flüssigkeitsprobe so weit gefüllt wird, daß die Schwimmer 49 und 50 ganz in die Flüssigkeit eintauchen. Die Flüssigkeitsprobe wird an der Ansaugöffnung 52 durch den sich erweiternden Ansaugkanal 53

angesaugt und tritt an der Stelle 54 mit verminderter Strömungsgeschwindigkeit in die Meßkammer des Gehäuses 48 ein.
Der Ansaugkanal 53 verläuft etwa in der Form eines umgekehrten "U", dessen höchster Punkt wesentlich höher als die Eintrittsstelle 54 liegt. Ein Schlauch 55 kann auf die Ansaugöffnung 52 aufgesteckt werden.

Leerseite

Claims

WILLY LORENZ Patentanwalt Hubertusstraße 83'/, D-8035 Gauting * München'(O89) 8506036" H- BRHVET Telex 5 21707 bred Teiekopierer 4000 Düsseldorf Meine Akte: c 120-j,DE Patentansprüche

1. Aräometer v,ur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereiches, worin ihr Wärmeausdehnungskoeffizient veränderlich ist, bestehend aus einem unteren Körpervolumen (Va) gleich der Gesamtmasse des Aräometers, geteilt durch die Flüssigkeitsdichte an der oberen Grenze des besagten Bereiches, und einem mittleren Skalenvolumen (Vb) das, zusammen mit dem Volumen (Va), der Gesamtmasse des Aräometers, geteilt durch die Flüssigkeitsdichte an der unteren Grenze des besagten Bereiches gleich ist, und einem oberen Spindelvolumen (Vc), dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen (Va) aus einem oder mehreren Materialien derart beschaffen ist, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Volumens (Va) dem der Flüssigkeit an der oberen Grenze des genannten Bereiches im wesentlichen gleich ist, und daß da;; Volumen (Vb) aus einem oder mehreren Materialien derart beschaffen ist, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der kombinierten Volumina (Va, Vb) dem der Flüssigkeit an der unteren Grenze des Bereiches im wesentlichen gleich ist.

2. Aräometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Spindelvolumens (Vc), zusammen mit den Massen der Volumina (Va, Vb), gleich dem Produkt aus besagter Masse (Va; und der Flüssigkeitsdichte an der oberen Grenze,des besagten Bereiches, abzüglich einer durch die Oberflächenspannung

der Flüssigkeit bewirkten, scheinbaren Massenzunahme ist, wenn die" scheinbare Massenzunahme aus dem Produkt der Oberflächenspannung und dem Umfang des Aräometers an der Flüssigkeitsoberfläche, geteilt durch die Schwerebeschleunigung berechnet wird.

3. Aräometer nach Anspruch 1 zur Verwendung mit Flüssigkeiten, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten sich nicht linear mit der Flüssigkeitsdichte ändern, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen (Vb) aus mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, die innerhalb des Volumens (Vb) ungleichmäßig verteilt sind, derart, daß der untere Teil des Volumens (Vb) einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizient hat als der obere Teil des Volumens (Vb) .

4. Dichte-Meßvorrichtung mit Aräometern nach den Ansprüchen 1 bis 3, einem Gehäuse für die Flüssigkeitsprobe, einem um eine horizontale Achse in dem Gehäuse drehbar gelagerten ersten Schwimmer und einem um die Achse drehbar gelagerten zweiten Schwimmer, beide Schwimmer bestehend aus wenigstens einem Auftriebskörper mit relativ kleiner Dichte, dessen Auftriebsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist, und dessen Dichte kleiner als die der zu messenden Flüssigkeit ist, und wenigstens einem Beschwerungskörper mit relativ großer Dichte, dessen Gewichtsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist, und dessen Dichte größer als die der zu messenden Flüssigkeit ist, wobei jeder Schwimmer so geformt ist, daß die radiale Verbindungslinie zwischen Auftriebsschwerpunkt und Achse gegenüber der radialen Verbindungslinie zwischen Gewichtsschwerpunkt und Achse versetzt ist und höher liegt, so daß, aufgrund des unterschiedlichen Auftriebs in Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, die relativen Winkelstellungen der Schwimmer der Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit en t .sprechen, wobei eine Änderung der FlUssigkeitsdichte eine gegensinnige Rotation der Schwimmer bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftriebskörper und der Beschwerungskörper des ersten Schwimmers so beschaffen und bemessen

/3

sind, daß gleich große Dichteänderungen innerhalb des vorbestimmten Bereichs relativ große Winkeländerungen des ersten Schwimmers im unteren Teil des Bereichs bewirken, und der Auftriebskörper und der Beschwerungskörper des zweiten Schwimmers so beschaffen und bemessen sind, daß gleich große Dichteänderungen innerhalb des vorbestimmten Bereichs relativ große Winkeländerungen im oberen Teil des Bereichs bewirken, so daß die relativen Winkelstellungen der beiden Schwimmer im unteren Teil des Bereichs vorwiegend durch die Winkelstellungen des ersten Schwimmers, und im oberen Teil des Bereiches vorwiegend durch die Winkelstellungen des zweiten Schwimmers bestimmt werden.

5. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 4 zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit, deren Dichte innerhalb des vorbestimmten Bereichs mit der Temperatur veränderlich ist und deren Wärmeausdehnung mit der Dichte innerhalb des Bereichs veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwimmer so beschaffen und bemessen ist, daß seine Wärmeausdehnung der der Flüssigkeit im unteren Teil des Bereichs im wesentlichen gleich ist, und der zweite Schwimmer so beschaffen und bemessen ist, daß seine Wärmeausdehnung der der Flüssigkeit im oberen Teil des Bereichs im wesentlichen gleich ist, so daß die durch Änderungen der Flüssigkeitstemperatur bedingten Änderungen der Winkelstellungen des ersten Schwimmers im unteren Teil des Bereichs vergleichsweise klein sind, und die durch Temperaturänderungen bedingten Winkeländerungen des zweiten Schwimmers im oberen Teil des Bereichs vergleichsweise klein sind.

6. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer so beschaffen und bemessen sind, daß der Unterschied zwischen der mittleren Wärmeausdehnung der Flüssigkeit und der Wärmeausdehnung des ersten Schwimmers und der Unterschied zwischen der mittleren Wärmeausdehnung der Flüssigkeit und der Wärmeausdehnung· des zweiten

Schwimmers etwa gleich groß aber entgegengesetzt sind, so daß an einer beliebigen Stelle innerhalb des vorbestimmten Bereichs die durch Wärmeausdehnung verursachten Winkeländerungen des ersten Schwimmers und die entsprechenden Winkeländprüngen des zweiten Schwimmers absolut etwa gleich groß aber entgegengerichtet sind, wodurch die Änderungen der relativen Winkelstellungen beider Schwimmer kleiner als die Winkeländerungen der einzelnen Schwimmer sind.

7. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 4.zum Messen der Dichte von Flüssigkeiten, deren Wärmeausdehnung innerhalb des vorbestimmten Bereichs veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwimmer so beschaffen und bemessen sind, daß die Wärmeausdehnung der Flüssigkeit innerhalb des Bereichs größenmäßig zwischen den Wärmeausdehnungen der beiden Schwimmer liegt.

8. Dichte-Meßvorrichtung zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit mit einer Dichte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, mit einem Gehäuse für die Flüssigkeitsprobe, einem um eine horizontale Achse in dem Gehäuse drehbar gelagerten ersten Schwimmer und einem um die Achse drehbar gelagerten zweiten Schwimmer, beide Schwimmer bestehend aus wenigstens einem Auftriebskörper mit relativ kleiner Dichte, dessen Auftriebsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist, und dessen Dichte kleiner als die der zu messenden Flüssigkeit ist, und wenigstens einem Beschwerungskörper mit relativ großer Dichte, dessen Gewichtsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist, und dessen Dichte größer als die der zu messenden Flüssigkeit ist, wobei jeder Schwimmer so geformt ist, daß die radiale Verbindungslinie zwischen Auftriebsschwerpunkt und Achse gegenüber der radialen Verbindungslinie zwischen Gewichtsschwerpunkt und Achse versetzt ist und höher liegt, so daß, aufgrund des unterschiedlichen Auftriebs in Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, die relativen Winkelstellungen der Schwimmer der Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit entsprechen, wobei eine Änderung der

Flüssigkeitsdichte eine gegensinnige Rotation der Schwimmer bewirkt," dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwimmer aus einem Auftriebskörper relativ kleiner Dichte und einem Beschwerungskörper relativ großer Dichte besteht, wobei die Dichte des Beschwerungskörpers weniger.als das Vierfache der Dichte des Auftriebskörpers beträgt, so daß aufgrund des Größenverhältnisses zwischen Beschwerungskör-. per und Auftriebskörper die Wärmeausdehnung des Beschwerungskörpers die Wärmeausdehnung des Schwimmers wesentlich beeinflußt.

9. Dichte-Meßvorrichtung zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit mit einer Dichte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, mit einem Gehäuse für die Flüssigkeitsprobe, einem um eine horizontale Achse in dem Gehäuse drehbar gelagerten ersten Schwimmer und einem um die Achse drehbar gelagerten zweiten Schwimmer, beide Schwimmer bestehend aus wenigstens einem Auftriebskörper mit relativ kleiner Dichte, dessen Auftriebsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist, und dessen Dichte kleiner als die der zu messenden Flüssigkeit ist, und wenigstens einem Beschwerungskörper mit relativ großer Dichte, dessen Gewichtsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist, und dessen Dichte größer als die der zu messenden Flüssigkeit ist, wobei jeder Schwimmer so geformt ist, daß die radiale Verbindungslinie zwischen Auftriebsschwerpunkt und Achse gegenüber der radialen Verbindungslinie zwischen Gewichtsschwerpunkt und Achse versetzt ist und höher liegt, so daß, aufgrund des unterschiedlichen Auftriebs in Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, die relativen Winkelstellungen der Schwimmer der Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit entsprechen, wobei eine Änderung der Flüssigkeitsdichte eine gegensinnige Rotation der Schwimmer bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwimmer,·bestehend aus einem Auftriebskörper mit einem Auftriebsschwerpunkt und einem Beschwerungskörper mit einem Gewichtsschwerpunkt, dessen Winkelstellung gegenüber dem

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Auftriebsschwerpunkt versetzt ist, so beschaffen ist, daß der Auftriebskörper und der Beschwerungskörper eine gemeinsame Befestigung konzentrisch zur Achse haben und gegen Veränderung der relativen Winkelstellung der Schwerpunkte, aber nicht gegen radiale Ausdehnung gegenüber der Achse gesichert sind, so daß der Winkelabstand der Schwerpunkte unverändert bleibt, obwohl die unabhängige Ausdehnung der Körper eine unabhängige radiale Verlagerung des Auftriebsschwerpunkts gegenüber dem Gewichtsschwerpunkt bewirkt, dessen Größe allein durch die jeweilige Wärmeausdehnung des Auftriebskörpers und des Beschwerungnkörpers bestimmt ist.

10. Dichte-Meßvorrichtung zum Messen der Dichte einer Flüssigkeit mit einer Dichte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, mit einem Gehäuse für die Flüssigkeitsprobe, einem um eine horizontale Achse in dem Gehäuse drehbar gelagerten ersten Schwimmer und einem um die Achse drehbar gelagerten zweiten Schwimmer, beide Schwimmer bestehend aus wenigstens einem Auftriebskörper mit relativ kleiner Dichte, dessen Auftriebsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist, und dessen Dichte kleiner als die der zu messenden Flüssigkeit ist, und wenigstens einem Beschwerungskörper mit relativ großer Dichte, dessen Gewichtsschwerpunkt gegenüber der Achse versetzt ist, und dessen Dichte größer als die der zu messenden Flüssigkeit ist, wobei jeder Schwimmer so geformt ist, daß die radiale Verbindungslinie zwischen Auftriebsschwerpunkt und Achse gegenüber der radialen Verbindungslinie zwischen Gewichtsschwerpunkt und Achse versetzt ist und höher liegt, so daß, aufgrund des unterschiedlichen Auftriebs in Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte, die relativen Winkelstellungen der Schwimmer der Dichte der sie umgebenden Flüssigkeit entsprechen, wobei eine Änderung der Flüssigkeitsdichte eine gegensinnige Rotation der Schwimmer bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schwimmer, bestehend aus einem Auftriebskörper mit einem Auftriebsschwerpunkt und einem Beschwerungskörper mit einem

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Gewichtsschwerpunkt, dessen Winkelstellung gegenüber do.ii Auftriebsschwerpunkt versetzt ist, so beschaffen ist, daß der eine Körper um die Achse drehbar befestigt ist, während der andere Körper an dem einen Körper in einem Abstand' von der Achse derart befestigt ist, daß der andere Körper sich unabhängig von dem einen Körper radial ausdehnen kann, so daß der andere Körper mittelbar an der Achse in einer unveränderlichen Winkelstellung zum einen Körper befestigt ist, womit Temperaturänderungen eine radiale Verlagerung des Schwerpunkts des anderen Körpers bewirken, deren Größe durch die Wärmeausdehnung des einen Körpers und zusätzlich durch die Wärmeausdehnung des anderen Körpers relativ zur Befestigung mit dem einen Körper bestimmt ist.

11. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse wenigstens teilweise durchsichtig ist und mit einer Ansaugvorrichtung und einem Ans.iugkanaJ mil Mußorr-r Atis.'iugöffnung versehen ist, so daß eine angesaugte Flüssigkeitsprobe das Gehäuse so weit füllt, daß die Schwimmer ganz in die Flüssigkeit eintauchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ansaugkanals sich von einem Kleinstwert an der Stelle der äußeren Ansaugöffnung in der Einströmrichtung allmählich um mindestens das Vierfache erweitert derart, daß die Zunahme der Querschnittsfläche je Längeneinheit an keiner Stelle größer als das 0,09-fache des Querschnittsanfangs ist.

12. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gpkennzeichnet, daß der Ansaugkanal in der Form eines umgekehrten "U" verläuft und so angeordnet ist, daß seine höchste Stelle wesentlich höher liegt als die Eintrittsstelle des Ansaugkanals in dem Gehäuse.

13. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal in dem Teil zwischen der äußeren Ansaugöffnung und der höchsten Stelle sich relativ mehr erweitert, und in dem Teil zwischen der höchsten Stelle und der Eintrittsstelle in dem Gehäuse sich relativ weniger erweitert.

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14. Dichte-Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Schwimmer mit einer der Flüssigkeitsdichte entsprechenden Skala versehen ist, und der andere Schwimmer mit einem Index derart versehen ist, daß in allen" relativen Winkelstellungen der beiden Schwimmer innerhalb des vorbestimmten Bereichs der Index die entsprechende Dichte auf der Skala anzeigt.