DE2723391A1

DE2723391A1 - Einrichtung zur messung der dichte

Info

Publication number: DE2723391A1
Application number: DE19772723391
Authority: DE
Inventors: Frank Rosenblum
Original assignee: Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1976-07-05
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1978-01-12
Also published as: CA1045410A; JPS536070A; GB1540168A; US4136567A

Description

MÜLLER-BORE · UEUfEt. · SC3ÖN · HERTEL

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927- 197S) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.- CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.

2 4. MAI IV?

Hl/Ma - N 1263

NORANDA MINES LIMITED

P.O. Box 45, Commerce Court West Toronto, Ontario, Canada M5L 1B6

Einrichtung zur Messung der Dichte

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• MÜKOHKW M · SIKBKRTSTR. 4 · POBTPAOH MOTM · KABKL: MTTKBOFAT · TEL·. (08·) 474009 · TKLXZ S-MSSS

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit oder einer Suspension von Feststoffen in einer Flüssigkeit.

Die Dichte irgendeiner Flüssigkeit oder der prozentuale Anteil von Feststoffen in einer Flüssigkeit mit bekannter Dichte ist im allgemeinen bisher durch manuelle überwachungsvorrichtungen gemessen worden. Es sind auch kontinuierliche Messvorrichtungen eingesetzt worden,wie beispielsweise Gamma-Messgeräte (gamma gauges). Diese Meßgeräte sind jedoch sehr voluminös und lassen sich nur mit hohen Kosten installieren. Aufgrund des steigenden Einsatzes von Prozesseteuerungsrechnern geht der Trend zunehmend zur Verwendung von automatischen Fühlern. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Dichte einer Flüssigkeit aus der Druckdifferenz an zwei flexiblen Membranen abzuleiten, die vertikal im Abstand in dieser Flüssigkeit angeordnet sind. Eine Vorrichtung zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit, die auf diesem Prinzip beruht, wird in dem Canadischen Patent Nr. 450 332 vom 3. August 19 48 beschrieben. Diese Vorrichtung war jedoch permanent an der Wand des Tanks angebracht, der die Dichte enthielt, deren Flüssigkeit gemessen werden sollte. Darüber hinaus wurde die Druckdifferenz mittels eines komplexen Mechanismus festgestellt, zu dem auch eine Quecksilbersäule gehörte.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Messung der Dichte zu schaffen, die tragbar, einfach, und exakt ist und keine zusätzliche Schnittstelle außer einem bei Bedarf verwendbaren elektrischen Verstärker benötigt, wenn sie mit einem Aufzeichnungsgerät oder einer Steuereinrichtung verwendet wird.

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Die Einrichtung zur Messung der Dichte nach der vorliegenden Erfindung weist einen Halter mit vorher bestimmter Länge, zwei an einem Ende des Halters angebrachte Druckfühler, die in die Flüssigkeit eingetaucht werden können, so daft sich die beiden Fühler vertikal im Abstand voneinander auf vorher bestimmten Höhen befinden, und einen Differenzdruckwandler auf, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die proportional zu der durch die Druckfühler festgestellten Druckdifferenz ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Halter vertikal in der Flüssigkeit angeordnet werden, während die beiden Druckfühler in einem vorher bestimmten Abstand voneinander jeweils übereinander an einem Ende des Halters angebracht sind. Der Differenzdruckwandler kann sich in einer Umhüllung befinden, die an dem anderen Ende des Halters angebracht ist, obwohl er aich an jeder anderen Stelle des Halters angeordnet werden kann.

Die Druckfühler und wenigstens der Teil des Halters, der in die Flüssigkeit eingetaucht ist, sollten aus einem korrosions- und abriebfesten Material bestehen, so daß sie den aggressiven Arbeitsbedingungen standhalten können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden als Druckfühler Membranfühler verwendet. Als Differenzdruckwandler sollten Einheiten mit variabler Reluktanz, Einheiten mit variabler Kapazität oder Differentialtransformator-Einheiten eingesetzt werden, obwohl auch Dehnungsmessgeräte und piezoelektrische Einrichtungen verwendet werden können. Diese Differenzdruckwandler sollten ein geringes Volumen und eine geringe Verschiebung bzw. Verformung haben, damit sich eine

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höhere Genauigkeit ergibt. Im Handel sind mehrere Wandler erhältlich, die eine geeignete Ausgangsspannung für Druckdifferenzen von O,O7 kg/cm (1 psid) oder weniger ergeben. Im allgemeinen sollte die gesamte Anordnung einschließlich der Druckfühler und des Druckdifferenzwandlers ein geringes Volumen haben, um die Membranbewegung bei einer Druckänderung zu verringern.

Die Umhüllung, die den Differenzdruckwandler enthält, besteht nach einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Bodenplatte und einem umgekehrten tassenförmigen bzw. haubenförmigen Gehäuse, das an dieser Platte angebracht ist. An der Bodenplatte ist ein Träger angebracht, an dem wiederum der Druckwandler befestigt ist. Außerdem sollte ein ringförmiger Schlitz in der Bodenplatte vorgesehen sein, so daß ein O-Ping in diesem Schlitz angeordnet werden kann, um die Umhüllung anzudichten, wenn das Gehäuse an der Bodenplatte befestigt ist.

Die Erfindung schafft also eine Einrichtung zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit oder einer Suspension von Feststoffen in einer Flüssigkeit, die einen Halter mit vorher bestimmter Länge, zwei an einem Ende des Halters angebrachte Druckfühler, die in die Flüssigkeit eingetaucht werden können, so daß sich die beiden Fühler vertikal in vorher bestimmten Höhen im Abstand voneinander befinden, und einen Differenzdruckwandler aufweist, der ebenfalls an dem Halter angebracht und mit den Druckfühlern gekoppelt ist, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die proportional zu der durch die Druckfühler festgestellten Druckdifferenz ist.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Messung der Dichte nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des unteren Teils der Einrichtung zur Messung der Dichte, wobei Einzelheiten der Anordnung der Druckfühler dargestellt sind;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Druckfühler;

Fig. 4a und 4b Einzelheiten der Umhüllung, in welcher der Differenzdruckwandler untergebracht ist;

Fig. 5 die Spannungs/Dichte-Kennlinie eines Differenzdruckwandlers ; und

Fig. 6 eine Aufzeichnung der Trüben- bzw. Pulp-Dichte,

die mit der Einrichtung zur Messung der Dichte nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.

Wie sich aus Figur 1 ergibt, weist die Einrichtung zur Messung der Dichte allgemein einen Halter 10, zwei Druckfühler 12, die in einem vorher bestimmten Abstand voneinander an einem Ende des Halters angebracht sind, und eine Umhüllung bzw. ein Gehäuse 14 auf, das an dem anderen Ende des Halters befestigt ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Halter aus rostfreiem Stahl oder einem anderen

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korrosions- und abriebfesten Material, so daß die Einrichtung zur Messung der Dichte auch in korrosiven und aggressiven bzw. abschleifenden Lösungen eingesetzt werden kann. Wie sich im einzelnen aus Figur 2 ergibt, besteht der Halter aus zwei Rohrabschnitten 16 und 18 aus rostfreiem Stahl, die durch ein T-Anschlußstück 19 aus rostfreiem Stahl miteinander verbunden sind, auf dem ein erster Druckfühler angebracht ist. Der andere Druckfühler ist an einem Winkel bzw. Kniestück 20 aus rostfreiem Stahl befestigt, das über ein Gewinde in das andere Ende des Rohrs 18 aus rostfreiem Stahl eingesetzt ist. Wie in Figur 3 dargestellt ist, bestehen die beiden Druckfühler jeweils aus einem flachen Gehäuse 22, das durch eine Membran 24 verschlossen wird, die selbst wiederum durch einen ringförmigen Ring 26 an dem Gehäuse 22 angebracht ist. Das Gehäuse 22 jedes Druckfühlers weist ein Loch an dem Boden auf, an dem das Ende eines Rohrs 28 angeschweißt ist, das sich durch die Mitte des Halters nach oben bis zu einem Differenzdruckwandler erstreckt, der sich in der Umhüllung 14 befindet, wie im folgenden noch im einzelnen beschrieben werden soll. Obwohl normalerweise Luft dazu verwendet wird, die Druckfühler und den Differenzdruckwandler miteinander zu koppeln, können selbstverständlich auch hierzu Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Wie im einzelnen in den Figuren 4a und 4b gezeigt ist, besteht die Umhüllung 14 aus einer Bodenplatte 30, die über ein Gewinde oder auf andere Weise an dem Ende des Rohrs 16 angebracht ist, und aus einem umgekehrten, tassen- bzw. haubenförmigen Gehäuse 32, das an der Bodenplatte 30 befestigt ist. Ein O-Ring 34 befindet sich in einem ringförmigen Schlitz 36 in der Bodenplatte 30, um die Umhüllung 14 abzudichten, wenn das Gehäuse 32 an der Bodenplatte 30 befestigt ist. Dadurch kann die Einrichtung

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zur Messung der Dichte auch unter aggressiven bzw. schwierigen Arbeitsbedingungen eingesetzt werden.

Ein Träger 38 ist an der Bodenplatte 30 befestigt; an dem Träger 3O ist wiederum ein Differenzdruckwandler 40 angebracht. In Abhängigkeit von der zu messenden Druckdifferenz stehen verschiedene Druckwandler zur Verfügung. Beispiele für geeignete Wandler sind: Der mit variabler Reluktanz arbeitende Druckwandler Celesco P7D; der mit variabler Kapazität arbeitende Wandler Setra Modell 227; oder der Differenzialtransformator, Modell 270, von Hewlett Packard. Es können auch Dehnungsmesser und piezoelektrische Einrichtungen eingesetzt werden. Die durch die Druckfühler festgestellte Druckdifferenz wird den Eingängen 42 des Wandlers durch Rohre 28 zugeführt. Das Ausgangssignal des Wandlers wird durch ein Kabel 44 abgenommen. Der Wandler benötigt normalerweise ein Eingangssignal mit niedriger Spannung für seinen Betrieb. Diese Spannung wird durch eine geeignete Quelle bzw. Zuführung geliefert, die sich in der Umhüllung 14 befindet; als Alternative hierzu kann die Spannung auch durch ein Kabel 44 zugeführt werden. Das Kabel 44 steht durch ein Loch 45 in der Basisplatte 30 vor und ist an der Basisplatte durch ein Verbindungsglied 46 angebracht. Das Loch 45 ist durch einen O-Ring 48 abgedichtet.

Das Ausgangssignal des Wandlers 40 kann bei Bedarf verstärkt werden, bevor es einer Aufzeichnungseinrichtung oder einer Steuereinrichtung zugeführt wird.

Der Abstand zwischen den beiden Druckfühlern hängt von der Empfindlichkeit des Differenzialdruckwandlers und von der zu messenden Dichte oder dem spezifischen Gewicht ab.

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Beispielsweise kann der oben erwHhnte Wandler Celesco

eine Druckdifferenz von 0,07 kg/cm (1 psid) messen; dann bringt ein Abstand von 27,94 mm (11 Zoll) zwischen den Druckfühlern befriedigende Ergebnisse bei der Messung von Flüssigkeitsdichten bis zu 2 kg/Liter, da sich ein abgelesener Wert von etwas weniger als die Hälfte seiner vollen Ausgangsspannung ergibt, wenn die Dichte von Wasser bestimmt wird (27,68 Zoll Wasser = 1 psi). Mit dem Setra-Wandler-Modell

2 227 kann eine Druckdifferenz von 0,035 kg/cm (0,5 psid) gemessen werden; dann führt ein Abstand von 12,7 mm zwischen den Druckfühlern zu befriedigenden Ergebnissen. Mit dem Modell 27O von Hewlett Packard kann eine Druckdifferenz von 40 cm Wassersäule gemessen werden; dann ergeben sich bei einem Abstand von 203,2 mm (8 Zoll) zwischen den beiden Druckfühlern befriedigende Ergebnisse.

Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgangsspannung, die bei dem Wandler Modell 270 von Hewlett Packard beim Einsatz der Vorrichtung nach der Erfindung für die überprüfung der Dichte von Flüssigkeiten mit bekannten Dichten erhalten wurde. Figur 5 zeigt auch die theoretischen Kurven, wobei die Trübendichte (Prozent Feststoffe in der Flüssigkeit) über der Dichte der Lösung für Feststoffe mit verschiedenen spezifischen Gewichten aufgetragen sind. Aus Figur 5 kann man ablesen, daß eine Ausgangsspannung von 1,8 mV des Wandlers Modell 270 von Hewlett Packard einen abgelesenen Wert von 47 % Feststoffen in der Lösung bei einem Feststoff mit spezifischen Gewicht von 4,2 ergibt. Das Ableseinstrument kann in entsprechender Weise geeicht werden; als Alternative hierzu können Tabellen angelegt werden, aus denen man die % Feststoff direkt aus der Ausgangsspannung des Wandlers für Flüssigkeiten entnehmen kann, die Feststoffe mit verschiedenen spezifischen Gewichten in Lösung enthalten.

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Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung wurde in einem Bleientzinkkreis-Anmischbehälter bzw. ^nrührbehälter bzw. Vorbehandlungsapparat (lead dezincing circuit conditioner) bei Brunswick Mining and Smelting Corporation Limited getestet. Die Trübendichte in einem solchen Anmischbehälter wird normalerweise von Hand durch Zusatz von Wasser zu der Beschickungspumpe eingestellt; die Steuerung der Dichte bereitet große Schwierigkeiten, so daß die Dichte in weiten Grenzen schwankt. Die beiden Druckfühler wurden ungefähr 30 cm (1 Fuß)(oberer Druckfühler) in der Trübe angeordnet. Eine Aufzeichnung des Ausgangssignals des Meßgerätes für den Test über eine Zeitspanne von 72 Stunden ist in Figur 6 dargestellt. Die Dichte wurde von Zeit zu Zeit mit einer Marcy-Waage (Marcy balance) überprüft; dabei wurde gefunden, daß sie im Bereich von 20 bis 40 % Festkörpern schwankte. Obwohl keine exakte Eichung durchgeführt wurde, ergab sich ein nahezu lineares Ansprechverhalten bzw. ein linearer Verlauf der Einrichtung zur Messung der Dichte nach der Erfindung mit Änderungen der Dichte über diesem Bereich. Das Ausgangssignal ist eine echte lineare Funktion des spezifischen Gewichtes der Trübe. Die kleinere bzw. geringere Änderung der Trübendichte nach ungefähr 50 stündigem Betrieb der Einrichtung zur Messung der Dichte ist darauf zurückzuführen, daß den Bedienungspersonen Daten über die Dichte der Trübe zur Verfügung standen, die zu einer verbesserten Steuerung des Wasserzusatzes führten. Die automatische Steuerung des Wasserzusatzes kann leicht mittels des Ausgangssignals der Einrichtung zur Messung der Dichte durchgeführt werden. Dann wäre eine Optimierung des Zusatzes einer Flotationsreagenz bei konstanter Trübendichte möglich.

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Es wird darauf hingewiesen, daß das ausgegebene Ausgangssignal des Meßgerätes das Ausgangssignal des Wandlers ist, das auf die Ablesung O (-1,12 mV nach der Darstellung in Figur 5) kompensiert und um einen Faktor von ungefähr 3800 verstärkt wurde.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit oder

einer Suspension von Feststoffen in einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch einen Halter (10) mit vorher bestimmter Länge, zwei an einem Ende des Halters (10) angebrachte Druckfühler (12), die in die Flüssigkeit untertauchbar sind, so daß die beiden Fühler (12) vertikal im Abstand voneinander in vorher bestimmten Höhen angeordnet sind, und durch einen ebenfalls an dem Halter (10) angebrachten Differenzdruckwandler, der mit den Druckfühlern (12) zur Lieferung einer Ausgangsspannung gekoppelt ist, die proportional zu der durch die Druckfühler (12) festgestellten Druckdifferenz ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an dem anderen Ende des Halters (1O) angebrachte Umhüllung (14) zur Aufnahme des Differenzdruckwandlers (40).

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (10) im wesentlichen senkrecht in der Flüssigkeit anbringbar ist, und daß die beiden Druckfühler (12) in vorher bestimmtem Abstand voneinander jeweils übereinander an dem Halter (10) angebracht sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfühler (12) und wenigstens der Teil des Halters (10), der in der Flüssigkeit untergetaucht ist, aus einem korrosions- und abriebfesten Material besteht.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfühler Membranfühler (12) sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (14) aus einer Bodenplatte und einem umgekehrten, tassenförmigen Gehäuse besteht, das an dieser Bodenplatte angebracht ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen

an der Bodenplatte befestigten Träger, an dem der Druckwandler angebracht ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Bodenplatte ein ringförmiger Schlitz befindet, und daß in dem Schlitz ein O-Ring angeordnet ist, der die Umhüllung abdichtet,wenn das Gehäuse an der Bodenplatte angebracht ist.

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