DE2734491C2 - Meßvorrichtung - Google Patents

Description

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Anzeigeflüssigkeit (30; 48) eine angenähert gleiche, jedoch etwas höhere Dichte als die Meßflüssigkeit (11; 40) aufweist

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Anzeigeflüssigkeit zur Unterscheidung gegenüber der Meßflüssigkeit mit einem Farbstoff eingefärbt ist

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Ventilvorrichtung aus einem Dreiwegeventil (52) besteht

6. Meßvorrichtung nadi Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß mit dem kfe :eren Schenkel (44) des U-Rohrs an einer oberhalb des erwarteten Maximalpegelstandes der Anzeigeflüssigkeit (48) befindlichen Stelle ein zur Aufnahme von Flüssigkeitsüberschuß an Anzeigeflüssigkeit dienender Vorratsbehälter (61) verbunden ist

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß eine zum Halten der Meßvorrichtung in einer festen Lage dienende, langgestreckte Halterung (62) vorgesehen ist

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Betätigen des Dreiwegeventils (52) von einer oberhalb der freien Oberfläche (12) der Meßflüssigkeit (11; 40) aus befindlichen Stelle dienende, langgestreckte Handhabe (65) vorgesehen ist

9. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß das U-Rohr (15; 41) eine vorbestimmte Menge an Anzeigeflüssigkeit enthält, ein Rohr (20; 51) verhältnismäßig großen Innendurchmessers mit dem längeren Schenkel des U-Rohrs verbunden ist und sich von einer oberhalb des Maximalpegelstandes bis zu einer unterhalb des niedrigsten Pegelstandes der Anzeigeflüssigkeit liegenden Stelle erstreckt das Dreiwegeventil (52) mit μ seinen drei Anschlüssen (56,57,58) jeweils mit den beiden Schenkeln des U-Rohrs und der Meßflüssigkeit verbunden ist und wenigstens drei Stellungen, nämlich eine Stellung, in welcher alle drei Anschlüsse miteinander verbunden sind, eine Stellung, in weleher nur der kürzere Schenkel des U-Rohrs mit der Meßflüssigkeit verbunden ist, und eine Stellung, in welcher die mit den Schenkeln des U-Rohrs verbun

denen Anschlüsse geschlossen sind, aufweist

to. Verfahren zum Messen von Pegelstandsänderungen einer in einem Behälter befindlichen Meßflüssigkeit vermittels einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das U-Rohr von verhältnismäßig kleiner Innenquerschnittsfläche mit einer bestimmten Menge einer Anzeigeflüssigkeit befüllt und ein Rohr größerer Innenquerschnittsfläche mit dem einen Schenkel des U-Rohrs verbunden wird, beide Rohre in die Meßflüssigkeit eingetaucht werden, so daß das Rohr größerer Innenquerschnittsfläche über die freie Oberfläche der Meßflüssigkeit vorsteht, beide Schenkel des U-Rohrs an einer oberhalb des Höchstpegelstandes der in diesen befindlichen Anzeigeflüssigkeit liegenden Stelle im eingetauchten Zustand der Rohre mit der Meßflüssigkeil in Verbindung gebracht werden, zu Beginn eines Meßzeitraums die Verbindung zwischen dem einen Schenkel des U-Rohrs und dem Rohr größerer Innenquerschnittsfläche mit der Meßflüssigkeit unterbrochen und zu Ende des Meßzeitraums der Höhenunterschied der Pegelstände der Anzeigeflüssigkeit im U-Rohr, welcher einem Vielfachen der Pegelstandsänderung der Meßflüssigkeit entspricht bestimmt wird. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß als Anzeigeflüssigkeit eine nicht mit der Meßflüssigkeit vermischbare Flüssigkeit eingesetzt wird, das Rohr größerer Innenquerschnittsfläche mit dem einen Schenkel des U-Rohrs an einer Stelle verbunden wird, die sich über einem vorbestimmten Hödistpegelstand der Anzeigeflüssigkeit in dem einen Schenkel des U-Rohrs befindet und vor Beginn eines Meßzeitraums ein Pegelstandsausgleich zwischen der Meßflüssigkeit innerhalb des Rohrs größerer Innenquerschnittsfläche und dem Meßflüssigkeitspegelstand außerhalb des Rohrs, sowie zwischen den Pegelständen der Anzeigeflüssigkeit in den beiden Schenkeln des U-Rohrs herbeigeführt wird.

Die Erfindung betrifft ein U-Rohr-Flüssigkeitsmanometer zum Messen von Pegelstandsänderungen einer Meßflüssigkeit mit einer Anzeigeflüssigkeit einer Übertragungsflüssigkeit und einem an einen Schenkel des U-Rohrs angesetzten Rohr größeren Durchmessers, sowie ein Verfahren zum Messen von Pegelstandsänderungen einer in einem Behälter befindlichen Meßflüssigkeit vermittels des U-Rohr-Flüssigkeitsmanometers.

Die Leckprüfung unterirdischer Speicher- oder Lagerbehälter, sogenannten Tanks, für Flüssigkeiten ist seit jeher mit großen Schwierigkeiten verbunden. Zwei zu diesem Zweck angewandte bekannte Verfahren sind mit verschiedenen Nachteilen behaftet Bei dem einen Verfahren muß der Behälter entleert werden, und mit diesem in Verbindung stehende Entlüftungsleitungen müssen luftdicht abgeschlossen werden. Dann wird der Behälter mit eingeblasener Druckluft unter einem Druck von mehreren Bar abgedrückt. Der Behälterdruck wird dann über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg überwacht, um das Vorhandensein eines Lecks feststellen zu können. Ein ganz offensichtlicher Nachteil dieses Meßverfahrens besteht darin, daß auftretende Druckänderungen nicht zwangläufig bedeuten müssen, daß der Tank ein Leck aufweist, sondern können auch

auf Undichtigkeiten an den Anschlössen, der Zapfvorrichtung des Tanks usw, zurückzuführen sein. Hinzu kommt, daß das Entleeren des Behälterinhalts mit erheblichem Zeitaufwand und Kosten verbunden ist und der Behälter durch die Druckbeaufschlagung Schaden nehmen kann.

Bei dem zweiten bekannter» Verfahren zur Leckprüfung wird an das Behälterfüllrohr ein 1,20 bis 1,50 m hohes Standrohr angeschlossen und dann der Behälter

werden muß, ergeben sich zwangläufig Temperaturunterschiede, so daß bei Ausführung einer genauen Bestimmung eine erhebliche Schwankungsbreite berücksichtigt werden muß.

Weiterhin ist ein Druckmeßverfahren bekannt (W. Hofmann, H.Gatzmanga »Einführung in die Betriebsmeßtechnik«, VEB-Verlag Technik, Berin, Seite 234 bis 239), bei dem ein U-Rohr-Flüssigkeitsmanome-

nur der kürzere U-Rolir-Schenkel mit der Meßfiüssigkeit verbunden ist, und sine Stellung, in welcher die Enden der U-Rohre geschlossen sind, auf. Weiterhin kann mit dem kürzeren Schenkel des U-Rohrs an einer 5 oberhalb des erwarteten Maximalpegelstandes der Anzeigeflüssigkeit befindlichen Stelle ein zur Aufnahme von FIüssigkeitsüberschuB an Anzeigeflüssigkeit dienender Vorratsbehälter verbunden sein, um den Verlust von Anzeigeflüssigkeit zu verhindern. Die ganze MeB-bis zum oberen Rand des Standrohres befüllt. Die Leck- io vorrichtung kann vermittels einer langgestreckten Haiermittlung beruht dann darin, daß beobachtet wird, ob lerung zur Ausführung einer Messung in einer festen der Pegelstand der Flüssigkeit im Standrohr abflällt Lage gehalten sein. Schließlich kann auch eine zum Be-Dieses Verfahren kann eine Oberbeanspruchung des tätigen des Dreiwegeventils von einer oberhalb der frei-Behälters zur Folge haben, durch weiche die Behälter- en Oberfläche der Meßflüssigkeit aus befindlichen Stelle enden gedehnt werden. Da zur Ausführung dieser Mes- is dienende, langgestreckte Handhabe vorgesehen sein, sung außerdem Flüssigkeit in den Behälter nachgefüllt Entsprechend dem weiterhin vorgeschlagenen Verfahren zum Messen von Pegelstandsänderungen einer in einem Behälter befindlichen Meßflüi-sigkeit vermittels der oben beschriebenen Meßvorrichtung wird das U-20 Rohr von "erhältnismäßig kleiner Querschnittsfläche mit einer bestimmten Menge einer Anzeigeflüssigkeit befüllt und ein Rohr größerer Innenque; schnittsfiäche mit dem einen Schenkel des U-Rohrs verbunden, beide Rohre werden in die Meßflüssigkeit eingetaucht, so daß ter verwendet wird, das mit einer Sperrflüssigkeit und 25 das Rohr größerer Innenquerschnittsfläche über die einer Obertragungsfiussigkeit gefüllt ist Mit diesem be- freie Oberfläche der Meßflüssigkeit vorsteht, beide kannten Gerät ist es jedoch nicht möglich, Pegelstands- Schenkel des U-Rohrs an einer oberhalb des Höchstpemessungen durchzuführen. gelstandes der in diesen befindlichen Anzeigeflüssigkeit

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine liegende Stelle im eingetauchten Zustand der Rohre mit Meßvorrichtung zu schaffen, die zum Messen von Pe- 30 der Meßflüssigkeit in Verbindung gebracht, zu Beginn gelstandsänderungen einer Flüssigkeit, beispielsweise eines Meßzeitraums die Verbindung zwischen dem einen Schenkel des U-Rohrs und dem Rohr größerer Innenquerschnittsfläche mit der Meßflüssigkeit unterbrochen und zu Ende des Meßzeitraums der Höhenunterhohe Meßgenauigkeit aufweist Ein weiteres Ziel der 35 schied der Pegelstände der Anzeigeflüssigkeit im U-Erfindung ist die Schaffung eines äußerst einfachen Ver- Rohr, welcher einem Vielfachen der Pegelstandsändefahrens zum Messen von Pegelstandsänderungen einer rung der Meßflüssigkeit entspricht, bestimmt Dabei in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit wird insbesondere eine als Anzeigeflüssigkeit nicht mit

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung da- der Meßflüssigkeit vermischbare Flüssigkeit eingesetzt durch gelöst daß die Ubertragungsflüssigkeit von der 40 das Rohr größerer Innenquerschnittsfläche mit dem ei-Meßflüssigkek, deren IF'egelstand gemessen werden soll, nen Schenkel des U-Rohrs an einer Stelle verbunden gebildet wird, daß die Schenkel des U-Rohrs verschie- die iich über einem vorbestimmten Höchstpegelstand den lang sind und der längere Schenkel an das Rohr der Anzeigeflüssigkeit in dem einen Schenkel des U-größeren Durchmessers angeschlossen ist und daß zum Rohrs befindet und zu Beginn des Meßzeitraums ein Verbinden der beiden Schenke» des U-Rohrs an ober- 45 Pegelstandsausgleich zwischen der MeBflüssigkeit inhalb der Anzeigeflüssigkeit befindlichen Stellen mit der nerhalb des Rohrs größerer Innenquerschnittsfläche

und dem Meßflüssigkeitspegelstand außerhalb des Rohrs, sowie zwischen den Pegelständen der Anzeige-

. „ flüssigkeit in den beiden Schenkeln des U-Rohrs herbeige der Anzeigeflüssigkeit enthalten, welche eingefärbt 50 geführt.

und mit der MeBflüssigkeit, deren Pegelstand gemessen Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Meßvorrich

tung sowie das Meßverfahren werden im nachfolgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. F i g. \ ist eine schematische Darstellung der in Form

zur Ermittlung von Lecks in Behältern großen Fassungsvermögens, wie z. B. unterirdischen Speichertanks für Benzin und dergleichen, geeignet ist und eine sehr

Meßflüssigkfcit eine Ventilvorrichtung vorgesehen ist

Das U-Rohr weist daib einen verhältnismäßig engen Innenquerschnitt auf und kann eine vorbestimmte Men-

werden soll, nicht venmischbar ist Die Anzeigeflüssigkeit weist daüei eine angenähert gleiche, jedoch etwas höhere Dichte als die Meßflüssigkeit auf. Das mit dem

einen Schenkel des U-Rohrs verbundene Rohr größerer 55 eines U-Rohrs ausgebildeten, erfindungsgemäßen Meß-

Innenquerschnittsfläche ist vorzugsweise so lang be- vorrichtung;

messen, daß es sich von einer oberhalb des Höchstpe- Fig.2 ist eine Fig. 1 entsprechende schematische

gelstandes bis zu einer unterhalb des Niedrigstpegel- Darstellung, jedoch mit unterschiedlichen Pegelständen

Standes der Meßflüssijfkeit liegenden Höhe erstreckt entsprechend einem unterschiedlichen Pegelstand der Die Ventilvorrichtung kann dabei aus einem Dreiwege- 60 Meßflüssigkeit;

ventil bestehen, das drei Anschlüsse aufweist welche jeweils mit den beiden Schenkeln des U-Rohrs und der

Meßflüssigkeit verbindbar sind. Es ist mit den Schenkeln

des U-Rohrs an oberhalb der in diesem befindlichen Fig.4 und 5 sind schematische Darstellungen zur

Anzeigeflüssigkeit liegenden Stellen verbunden. Das 65 Veranschaulichung zweier unterschiedlicher Betriebs-

F i g. 3 ist ein nicht maßstabsgerechter Aufriß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßverrichtung;

Dreiwegeventil weist vorzugsweise drei Stellungen, nämlich eine, in welcher sämtliche drei Anschlüsse untereinander verbunden sir.<h eine Stellung, in welcher

Stellungen des bei der Ausführungsform nach Fig.3 verwendeten Dreiwegeventils. Es wurde gefunden, daß Peeelstandsänderuneen einer

Flüssigkeit vermittels einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßvorrichtung unter Verwendung eines J-förmigen Rohrs in einem größeren Maßstab, d. h. »vervielfacht« oder »vergrößert« wiedergebbar sind. Das grundlegende Meßprinzip ist an Hand der schematischen Darstellungen der F i g. 1 und 2 erläutert. In diesen beiden Zeichnungsfiguren ist eine Flüssigkeit U mit einer freien Oberfläche 12 dargestellt, deren Pegelstand wie in F i g. 2 angedeutet sich verändern kann. Eine Pegelstandsänderung, d. h. eine Änderung der Höhe der freien Oberfläche 12 der Flüssigkeit 11 kann auf ein Leck in dem die Flüssigkeit 11 enthaltenden (und hier nicht dargestellten) Behälter zurückzuführen sein. Derartige, leckbedingte Pegelstandsänderungen erfolgen jedoch in den meisten Fällen nur sehr langsam und sind nur klein.

Bei unterirdischen Behältern zur Lagerung von Benzin od. dgl. lassen sich daher derartige Pegelstandsänderungen nur sehr schwer feststellen.

Die Siebvorrichtung umfaßt ein ü-Rohr i5, dessen kürzerer Schenkel 16 über den U-förmig gekrümmten unleren Abschnitt des U-Rohrs mit einem auf der anderen Seite liegenden längeren Schenkel 17 verbunden ist. Mit dem oberen Ende des längeren Schenkels 17 des U-Rohrs ist ein Rohr 20 größerer Querschnittsfläche verbunden, das ausreichend lang bemessen ist, um in jedem Falle über den höchsten Pegelstand der freien Oberfläche 12 der Flüssigkeit 11 hinaus vorzustehen.

Eine aus zwei Ventilen 23 und 24 bestehende Ventilvorrichtung ist in der dargestellten Weise mit dem U-Rohr 15 verbunden. Das obere Ende des kürzeren Schenkels 16 ist mit dem Ventil 23 versehen, durch welches der Innenraum am oberen Ende des Schenkels mit der Flüssigkeit 11 verbindbar bzw. diese Verbindung blockierbar ist. Das Ventil 24 gestattet in entsprechender Weise die Herstellung bzw. Unterbrechung einer Verbindung zwischen dem Innenraum am oberen Ende des Schenkels 17 des U-Rohrs und der Flüssigkeit 11. Das obere Ende des Schenkels 17 ist über die schematisch dargestellte Rohr- oder Flüssigkeitsverbindung 27 mit der einen Seite des Ventils 24 verbunden, während die andere Seite dieses Ventils unmittelbar mit der Flüssigkeit 11 in Verbindung steht. In entsprechender Weise ist das an dem oberen Ende des Schenkels 16 des U-Rohrs 15 befestigte Ventil 23 auf seiner anderen Seite unmittelbar mit der Flüssigkeit 11 verbunden.

in dem U-Rohr 15 befindet sich eine nicht mit der Flüssigkeit vermischbare Anzeigeflüssigkeit 30. Wie weiter unten ersichtlich, kann die Anzeigeflüssigkeit 30 eine etwas höhere Dichte als die Flüssigkeit 11 aufweisen. Solange jedoch die beiden Flüssigkeiten nicht miteinander vermischbar sind, kann die Dichte der Anzeigeflüssigkeit 30 auch gleich der Dichte der Flüssigkeit 11 sein.

Die Innenquerschnittsfläche des Rohrs 20 größeren Durchmessers ist vermittels des mit d\ bezeichneten Durchmesserpfeils angedeutet und mit dem Bezugszeichen 31 versehen. Diese Innenquerschnittsfläche ist größer als die Innenquerschnittsfläche der beiden Schenkel 16 und 17 des U-Rohrs, welche durch die Größe O₂ angedeutet und in F i g. 1 durch die beiden Pfeile 32 bezeichnet ist-

Es wurde gefunden, daß Pegelstandsänderungen der freien Oberfläche 12 der Flüssigkeit 11 einen Pegelstandsunterschied der Anzeigeflüssigkeit 30 im U-Rohr 15 hervorrufen. Dabei hängt das Verhältnis der Pegelstandsänderung der freien Oberfläche 12 zu dem Pegelstandsunterschied der Anzeigeflüssigkeit 30 in den beiden Schenkeln 16 und 17 von dem Verhältnis der Innenquerschnittsflächen beider Schenkel 16 und 17 zur Innenquerschnittsfläche des Rohrs 20 ab. Aus diesem Grunde wird die Pegelstandsänderung der Oberfläche 12 stark vergrößert angezeigt. Wenn die Dichte der Anzeigeflüssigkeit 30 außerdem gleich oder etwa gleich ist der Dichte der Flüssigkeit 11, sind die Pegelstandsänderungen im wesentlichen nur von dem Querschnittsflächenverhältnis abhängig. Wie weiter unten ersichtlich, to ist das darauf zurückzuführen, daß das zur Herstellung eines neuen Gleichgewichtszustands bewegte Flüssigkeitsvolumen hauptausschlaggebend für die Pegelstandsänderungen ist.

Diese Zusammenhänge wurden gefunden unter Ver-Wendung einer aus einem Gemisch aus Wasser und Methanol bestehenden Anzeigeflüssigkeit, wobei die Meßflüssigkeit, deren Pegelstandsänderung an der freien Oberfläche gemessen wurde, aus Benzin bestand.

Die Ursache für diese verstärkte Pegelstandsverlage-2ü rung im U-Rohr sei r.'jr; ar; Hand der schemä'.isch?" Darstellung in den Fig. 1 und 2 näher erläutert. Diese Pegelstandsänderungen ergeben sich unter anderem aus den Größenverhältnissen der als J-Rohr ausgebildeten Meßvorrichtung. Zur Ausführung einer Messung wird zunächst das J-Rohr, d.h. das U-Rohr 15 und das mit dem Schenkel 17 des U-Rohrs verbundene Rohr 20 größeren Durchmessers in der Öffnungsstellung der beiden Ventile 23 und 24 ganz in die Flüssigkeit 11 eingetaucht. Dann vird ein Pegelstandsausgleich in den beiden Schenkeln des J-Rohrs zugelassen, so daß die Anzeigeflüssigkeit 30 in den beiden Schenkeln auf gleicher Höhe steht, wie durch die strichpunktierte Linie 35 angedeutet ist.

Zu Beginn eines Meßzeitraums, in welchem Pegelstandsänderungen ermittelt werden sollen, wird das Ventil 24 geschlossen, so daß keine Verbindung mehr zwischen der innerhalb des Rohrs 20 und der in dem mit diesem verbundenen längeren Schenkel 17 des U-Rohrs

15 befindlichen Flüssigkeit mit der Flüssigkeit 11 mehr besteht. Nach Ablauf eines vorbestimmten Meßzeitraums kann der Pegelstand der freien Oberfläche der Flüssigkeit U auf die in Fi g. 2 dargestellte Höhe. d. h. um den Betrag Ah gefallen sein.

Diese Pegelstandsänderung Ah in der Höhe der freien Oberfläche 12 erzeugt einen Druckunterschied auf die in den beiden Schenkeln des U-Rohrs 15 befindliche Anzeigeflüssigkeit 30, was darauf zurückzuführen ist, daß die im Rohr 20 und die im Schenkel 17 befindlichen Flüssigkeiten von der Flüssigkeit 11 im Behälter getrennt sind. Aus diesem Grunde wird die Anzeigeflüssigkeit 30 im Schenkel 17 des U-Rohrs 15 nach unten gedrückt, so daß der Flüssigkeitspegelstand der Anzeigeflüssigkeit 30 im Schenkel 16 entsprechend ansteigt. Da die Flüssigkeit 11 und die Anzeigeflüssigkeit 30 nicht miteinander vermischbar sind, bleibt sämtliche im längeren Schenkel des J-Rohrs von der Flüssigkeit 11 getrennte Flüssigkeit weiterhin getrennt, und im Schenkel

16 des U-Rohrs muß ein Flüssigkeitsvolumen verdrängt werden, das gleich groß ist dem Flüssigkeitsvolumen, welches bei der Pegelstandsändening aus dem Rohr 20 in den Schenkel 17 des U-Rohrs eingetreten ist

Aufgrund der vorgenannten Bedingungen sind diese Pegelstandsänderungen direkt proportional dem Querschnittsflächenverhältnis der betreffenden Flüssigkeitssäulen und mithin dem Quadrat des Durchmesserverhältnisses beider Flüssigkeitssäulen.

Dieses Verhältnis läßt sich an Hand der Größenangaben in den F i g. 1 und 2 und unter der Annahme, daß das

Rohr 20 und die beiden Schenkel 16 und 17 des U-Rohrs drückt, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, in der nachstehenden Weise mathematisch darstellen. Hierbei gilt Ah

(11)

ah= hi + hj.

hf, läßt sich dabei ausdrücken durch A₂, da das aus dem Rohr 20 größeren Durchmessers ausgetretene Flüssigkeitsvo'. ftnen gleich ist dem in den Schenkel 17 kleineren Durchmessers eingetretenen Flüssigkeitsvolumen. Das letztere entspricht A₂ geteilt durch zwei. Mathematisch ergibt sich die folgende Gleichung:

.τ/4 rf,² A₆ = .τ/4 d₂ ² h₂/2
Diese Gleichung läßt sich nach ht, auflösen wie folgt:

hi-WdjYhn (3)

hi läßt sich durch A? ausdrucken, da

/J₇ = /)4-(T)J +/J₂) = (7)4 -/J₃)-/»2

(4)

(ht-hi) läßt sich unter Berücksichtigung der Flüssigkeitsdrücke durch A₂ darstellen, indem der Druck in der Tiefe Λ3 gleich ist:

Λ3 = Λ3 Pg, (5)

worin p^die Dichte der Flüssigkeit 11 ist.

Auf der (abgeschlossenen) Seite des U-Rohrs beträgt der D uck in der Tiefe hi, welcher auf den Druck der isolierten Flüssigkeit oberhalb der Anzeigeflüssigkeit im Schenkel 17 des U-Rohrs zurückzuführen ist, gleich

A« = hi p_g

Da die Flüssigkeiten in statischem Gleichgewicht stehen, läßt sich der Druckunterschied zwischen den Tiefen hi und hi gleich setzen dem Wert A₂ p_w, wobei p_w die Dichte der Anzeigeflüssigkeit 30 ist. Somit ergibt sich:

hi pg— hi Pg = A₂ p„ hi-hi = A₂ ρ J Pg.

Aus der Gleichung ist zu entnehmen, daß
A₇ = (hi- hi) - A₂.

Wenn nun in dieser Gleichung die Größe A< — Λ3 durch Gleichung (7) ersetzt wird, ergibt sich

A₇ = A₂ pjPg-I)₂ = A₂ (Pwlpg-1).

Da Ah = A₆ + A₇, lassen sich die beiden Gleichungen (3) und (9) zusammenfassen zu

Ah =

+ H₇(plp_v- 1)

(1) 5 Mit anderen Worten, die Pegelstandsänderung der

freien Oberfläche 12 der Flüssigkeit 11 ist klein im Vergleich zur Pegelstandsänderung der beiden Flüssigkeitssäulen der Anzeigeflüssigkeit 30 in den Schenkeln 16 und 17 des U-Rohrs. Somit wird eine kleine Pegelstandsänderung Ah vergrößert oder »vervielfacht« entsprechend einem Verhältnis wiedergegeben, das bei nahezu gleicher Dichte von Anzeigeflüssigkeit 30 und Meßflüssigkeit 11 in der Hauptsache von dem Innenquer-

(2) Schnittsflächenverhältnis zwischen der größeren und der kleineren Flüssigkeitssäule abhängig ist.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete, zum Messen von Pegelstandsänderungen einer Flüssigkeit dienende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist in Fig.3 dargestellt. Die Meßvorrichtung wird in

eine Flüssigkeit 40 eingetaucht, an der Änderungen ihres Pegelstands gemessen werden sollen.

Das U-Rohr 41 verhältnismäßig kleinen Innendurchmessers weist zwei Schenkel 44 und 45 auf und enthält eine vorbestimmte Menge einer nicht mit der Flüssigkeit 40 vermischbaren Anzeigeflüssigkeit 48, welche vorzugsweise mit einem Farbstoff eingefärbt ist, um eine leichtere Beobachtung des Pegelstands der Anzeigeflüssigkeit zu ermöglichen.

Bei einer praktischen Ausführungsform .Hirser Meßvorrichtung wurde als Anzeigeflüssigkeit 48 ein Gemisch aus Methanol und 5% Wasser verwendet, das schwach eingefärbt war, um sich von der aus Benzin bestehenden Flüssigkeit 40 abzuheben. Selbstverständlich waren die beiden Schenkel 44 und 45 des U-Rohrs 41 durchsichtig.
(6) Entsprechend der Darstellung in F i g. 3 ist ein Rohr

51 verhältnismäßig großen Innendurchmessers mit dem oberen Ende des Schenkels 45 des U-Rohrs 41 verbunden und weist eine solche Länge auf, daß es bei allen Meßvorgängen von einer oberhalb des Höchstpegelstands der Flüssigkeit 40 liegenden Höhe bis zu einer unterhalb des Mindestpegelstands dieser Flüssigkeit liegenden Höhe reicht.

Die Meßvorrichtung ist mit dem schematisch in den F i g. 4 und 5 dargestellten Dreiwegeventil 52 versehen, das drei Anschlüsse oder Öffnungen 56, 57 und 58 aufweist, welche wie ebenfalls schematisch in den F i g. 4 und 5 dargestellt mit den Schenkeln 44 und 45 des U-Rohrs 41 und mit der Flüssigkeit 44 verbunden sind.

Das Dreiwegeventil 52 ist an der Meßvorrichtung in der Weise angeordnet, daß sich die Verbindungen mit den beiden Schenkeln 44 und 45 des U-Rohrs 41 oberhalb des Höchstpegelstands der im U-Rohr befindlichen (9) Anzeigeflüssigkeit 48 befinden. Außerdem weist das

Dreiwegeventil 52 wenigstens drei unterschiedliche Stellungen auf, von denen zwei Stellungen aus den Fig.4 und 5 schematisch ersichtlich sind. In der einen Stellung des Dreiwegeventils, welche der Darstellung von F i g. 4 entspricht, steht der Anschluß 57 unmittelbar (10) 60 mit den durch die Pfeile 60 angedeuteten Innenkanälen

oder

(7)

(8)

Wenn daher die Dichten p„ und p_g praktisch gleich groß sind, wird der Pegelstandsunterschied zwischen Beginn und Ende eines Meßzeitraums, & h. Ah durch die Pegelstände der Anzeigeflüssigkeit 30 angezeigt und entspricht der Hälfte des Pegelstandsunterschieds A₂, multipliziert mit dem Quadrat des Innendurchmesserverhältnisses von άι zu du oder formelmäßig ausge-

65 in Verbindung, so daß alle drei Anschlüsse 57,58 und 56 untereinander verbunden sind. In dieser Stellung steht der Schenkel 45 des J-Rohrs über den Schenkel 44 mit der Flüssigkeit 40 in Verbindung. Daher stabilisiert sich die Anzeigeflüssigkeit 48 auf gleicher Höhe in den beiden Schenkeln 44 und 45.

Die MeBvorrichtung weist außerdem einen mit dem Schenkel 44 des U-Rohrs 41 verbundenen Vorratsbehäl-

ter 61 auf, der zur Aufnahme überschüssiger Anzeigeflüssigkeit 48 im Falle einer zu starken Verdrängung dieser Anzeigeflüssigkeit dient.

Weiterhin ist eine langgestreckte Halterung 62 vorgesehen, an welcher die Teile des J-Rohrs befestigt sind, und welche die Handhabung und das Festlegen der Meßvorrichtung bei einem Meßvorgang gestattet.

Eine mit dem Dreiwegeventil 52 verbundene langgestreckte Handnabe 65 ist nach oben über die Oberfläche der Flüssigkeit 40 herausgeführt und dient zum Verstellen des Dreiwegeventils.

Zur Messung von Pegelstandsänderungen der Flüssigkeit 40 wird die aus dem vorstehend beschriebenen J-Rohr bestehende Meßvorrichtung zunächst in die Flüssigkeit 40 eingetaucht und dann in einer festen Lage gehalten, damit sich die Flüssigkeitssäulen der Anzeigeflüssigkeit 48 in den beiden Schenkeln 44 und 45 in die Gleichgewichtslage auf gleiche Pegelstandshöhe einstellen können, wobei das Dreiwegeventil 52 sich in der in F ι g. 4 uai gcsieilien Stellung befindet.

Zu Beginn eines Meßzeitraums wird das Dreiwegeventil 52 in die in F i g. 15 dargestellte Stellung gebracht, in welcher die auf der langen Seite des J-Rohrs befindliche Flüssigkeitssäule (im Rohr 51 und im Schenkel 45) von der Flüssigkeit 44 getrennt ist. Wenn nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums eine Änderung des Pegelstands der Flüssigkeit 40 erfolgt ist, wird diese Änderung vergrößert wie vorstehend beschrieben durch Pegelstandsänderungen der Anzeigeflüssigkeit 48 angezeigt. Diese Pegelstandsänderungen erfolgen, während sich das Dreiwegeventil 52 in der in F i g. 5 dargestellten Stellung befindet.

Zur Ablesung der Pegelstände der Anzeigeflüssigkeit in den beiden Schenkeln 44 und 45 des U-Rohrs können diese dadurch in der erreichten Lage gehalten werden, daß das Dreiwegeventil 52 in eine (hier nicht dargestellte) dritte Stellung gebracht wird, in welcher die beiden Anschlüsse 57 und 58 blockiert sind. Dadurch werden die Flüssigkeitsoegelstände in den beiden Schenkeln 44 und 45 in der erreichten Höhe gehalten. Die Meßvorricht'.'ng kann dann aus der Flüssigkeit 40 herausgenommen werden, um die Ablesung des Pegelstandsunterschieds der Anzeigeflüssigkeit 48 in den beiden Schenkeln vorzunehmen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Meßvorrichtung ist unter Anwendung des gleichen Meßprinzips auch als hochempfindliches Manometer zum Messen eines Gasdruckdifferentiels verwendbar. Das ist an Hand des in P i g. 6 dargestellten U-Rohrs 70 näher erläutert. Im unteren Ende des U-Rohrs befindet sich wiederum eine Anzeigeflüssigkeit 73, welche die gleiche Beschaffenheit wie die zum Messen von Pegelstandsänderungen verwendete Anzeigeflüssigkeit aufweisen kann.

Die Anzeigeflüssigkeit 73 ist nicht vermischbar mit den auf beiden Seiten über dieser stehenden Flüssigkeitssäulen 74 und 75. Diese Flüssigkeitssäulen 74 und /5 füllen cberhsib der im U-Rohr 70 befindlichen Ap^^i^pflüssigkeit 73 die Schenkel 78 und 79 kleinen Durchmesers aus, welche entsprechend dem vorstehend beschriebenen J-Rohr genau wie der gekrümmte Teil des U-Rohrs eine vorbestimmte, verhältnismäßig kleine Innenquerschnittsfläche aufweisen.

Mit dem oberen Ende beider Schenkel 78 und 79 ist jeweils ein Ansatzstück 80 bzw. 81 verbunden, wobei die Innenquerschnittsfläche dieser Ansatzstücke größer ist als die der beiden Schenkel 78 und 79.

Sobald die Anzeigeflüssigkeit 73 in beiden Schenkeln gleich hohen Pegelstand aufweist, werden in beiden Schenkeln 78 und 79 gleich hohe Flüssigkeitssäulen 74 und 75 eingestellt. Um unter diesen Bedingungen die Stabilität der Flüssigkeitssäulen zu gewährleisten, sollte die Anzeigeflüssigkeit 73 vorzugsweise eine etwas höhere Dichte als die die beiden Flüssigkeitssäulen 74 und 75 bildende Flüssigkeit aufweisen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. U-Rohr-Flüssigkeitsmanometer zum Messen von Pegelstandsänderungen einer Meßflüssigkeit mit einer Anzeigeflüssigkeit, einer Obertragungsflüssigkeit und einem an einen Schenkel des U-Rohrs angesetzten Rohr größeren Durchmessers, dadurch gekennzeichnet, daß die Obertragungsflüssigkeit von der Meßflüssigkeit (11; 40), deren Pegelstand gemessen werden soll, gebildet wird, daß die Schenkel (16,17; 44,45) des U-Rohrs (15; 41) verschieden lang sind und der längere Schenkel (17; 45) an das Rohr (20; 51) größeren Durchmessers angeschlossen ist, und daß zum Verbinden der beiden Schenkel (16,17; 44,45) des U-Rohrs (15; 41) an oberhalb der Anzeigeflüssigkeit (30; 48) befindlichen Stellen mit der Meßflüssigkeit (11; 40) eine Ventilvorrichtung (23,24; 52) vorgesehen ist

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeflüssigkeit (30; 48) mit der Meßflüssigkeit (11; 40). deren Pegelstand gemessen werden soll, nicht vermischbar ausgebildet ist