DE10041052B4 - Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines Fluids in einem Behälter - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines Gases in einem Behälter, mit den Schritten:
Einbringen einer vorbestimmten Menge n eines gasförmigen Testmediums in den Behälter, Vermischen des gasförmigen Testmediums mit dem Gas,
Ermitteln der Konzentration c des gasförmigen Testmediums in der Mischung aus Gas und gasförmigem Testmedium,
Ermitteln des Volumens aus der vorbestimmten Menge n und der Konzentration c gemäss der Formel: V = n/c,
dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Testmedium molekularen oder atomaren Wasserstoff umfasst.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines Fluids in einem Behälter. Dieses Verfahren ist zur Volumenmessung eines Behälters und/oder zur Füllmengenmessung eines Fluids in einem Behälter geeignet.
• Stand der Technik
• Aus dem Stand der Technik sind Volumenmessungen bekannt, in denen das Volumen eines durch einen starren Körper begrenzten Hohlraum ermittelt wird. Weiter sind auch geometrische Verfahren bekannt, mit denen das Volumen regelmässiger Hohlräume ermittelt werden kann. Gleiches gilt für Füllstandsmessungen.
• Die Bestimmung des Volumens oder Fassungsvermögens von Behältern und Hohlräumen ist jedoch problematisch, wenn die den Behälter begrenzende Oberfläche nicht starr, sondern dehnbar ist, oder wenn der Behälter eine komplexe Struktur aufweist.
• Beispiele sind gefüllte Gasballone, deren Gashülle dehnbar ist und deren Volumen auf komplizierte Weise von den inneren und äußeren Druckverhältnissen abhängt. Ein weiteres Beispiel hierfür sind Luftschiffe, deren Fassungsvermögen aufgrund der unregelmäßigen Form nur ungenau berechnet und aufgrund ihrer Größe und der mangelnden Stabilität der Hülle durch volumetrisches Pumpen nicht ermittelt werden kann. Ähnliche Probleme treten bei der Bestimmung der Schrumpfung eines U-Bootrumpfes in Abhängigkeit von der Tauchtiefe auf.
• Bei Höhlen oder mit Gasen (z.B. Erdgas) gefüllten Hohlräumen ist oft die Geometrie und Ausdehnung der Höhle/des Hohlraums nur unzureichend bekannt, so dass oft nicht mehr als grobe Abschätzungen hinsichtlich ihres Volumens möglich sind.
• Ein weiteres Beispiel, bei dem die meisten der herkömmlichen Volumenmessmethoden nicht angewandt werden können, ist das Messen der Blutmenge im Körper eines lebenden Lebewesens.
• Aus der SU 958863 (Zusammenfassung) ist ein Verfahren zur Volumenbestimmung von künstlichen und natürlichen Untergrundspeicher für Öl und Gas bekannt. Durch Einbringen eines vorbestimmten Volumens eines Testgases und der anschließenden Ermittlung der Konzentration wird das Volumen ermittelt.
• Aus der US 4 811 741 ist ein Verfahren zur volumetrischen Bestimmung einer Fluidmenge bekannt. Hierbei werden gekennzeichnete Mikrokugeln in das Fluid eingebracht und dann deren Konzentration bestimmt.
• In der DE 41 30 931 wird ein Verfahren zum Ermitteln eines zirkulierenden Blutvolumens durch Injizieren einer vorgegebenen Menge an Indikatortarbstoff offenbart.
• Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, um das Volumen eines Behälters einfach und zuverlässig zu messen.
• Beschreibung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Schritten von Anspruch 1 gelöst. Insbesondere umfasst dieses Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines Gases in einem Behälter die Schritte eines Einbringens einer vorbestimmten Menge n eines gasförmigen Testmediums in den Behälter, eines Vermischens des gasförmigen Testmediums mit dem Gas, eines Ermittelns der Konzentration c des Testmediums in der Mischung aus Gas und gasförmigem Testmedium, eines Ermittelns des Volumens aus der vorbestimmten Menge n und der Konzentration c gemäß der Formel: V = n/c, wobei das gasförmige Testmedium molekularen oder atomaren Wasserstoff umfasst.
• Gemäß diesem Verfahren wird somit in den Behälter eine vorbestimmte Testmenge n eines ursprünglich in dem Gas in dem Behälter nicht vorhandenen Testmediums eingebracht. Danach wird das Testmedium mit dem Gas vermischt.
• Unter Vermischen wird je nach verwendetem Gas bzw. Testmedium ein Auflösen des Testmediums in dem Gas, ein aktives Vermischen und/oder passives Durchmischen, z.B. eine Diffusion, verstanden, derart dass das Testmedium im Gas gleichmäßig verteilt ist. Dann erfolgt ein Ermitteln der Konzentration c des Testmediums auf bekannte und dem entsprechenden Gemisch angepasste Weise. Schließlich kann aus der Konzentration c und der Menge n des Testmediums das Volumen des Gas bestimmt werden.
• In der Regel wird dabei die Testmenge n des Testmediums so gewählt, dass etwaige, aus dem Einbringen des Testmediums resultierende Volumenänderungen völlig vernachlässigbar gegenüber dem zu ermittelnden Volumen oder der Füllmenge V sind.
• Durch dieses Verfahren lassen sich auf sehr einfache Weise Volumen von Hohlräumen, insbesondere auch von unregelmäßig geformten Hohlräumen oder Hohlräumen, die ein von den Umgebungsbedingungen abhängiges Volumen aufweisen, ermitteln.
• Insbesondere kann auch ein vorher evakuierter Behälter mit dem Gas geflutet und anschließend eine geringe vorbestimmte Menge eines Testgases eingebracht werden. Unter Umständen kann es für die Gleichverteilung des Testgases förderlich sein, wenn als erstes das Testgas eingebracht wird, und der Behälter erst anschließend mit dem Füllgas geflutet wird. In anderen Fällen kann es am zweckmäßigsten sein, das Testgas gleichzeitig mit dem Füllgas einzubringen.
• Ein Vorteil von Wasserstoff besteht darin, das er sich sehr schnell im zu untersuchenden Volumen verteilt, so dass seine Konzentration schon nach kurzer Zeit und mit einfachen Mitteln gemessen werden kann.
• Wie bereits angedeutet, kann es unter besonderen Umständen zweckmäßig sein, ein Testmedium zu verwenden, dass in einem ersten Aggregatszustand vorliegt und in den Behälter eingebracht wird, und nach oder während des Einbringens in einen zweiten Aggregatszustand übergeht, in dem seine Konzentration gemessen wird. Z.B. kann es sich dabei um Flüssiggase unter hohem Druck und/oder bei tiefer Temperatur handeln.
• Neben den oben beschriebenen vorteilhaften Kombinationen der Aggregatszustände von des Fluids und des Testmediums, lassen sich auch beliebige andere Kombination einsetzen. So kann beispielsweise ein Feststoff in ein gasförmiges Medium sublimiert werden. Auch kann in gewissem Umfang Gas in einer Flüssigkeit gelöst werden.
• In allen zuvor beschriebenen Weiterbildungen können bevorzugterweise radioaktive Markierstoffe (Tracer) als Testmedien verwendet werden, da hiervon selbst bei kleinsten Mengen die Konzentration mit hoher Genauigkeit messbar ist. Die verwendeten radioaktiven Elemente oder Isotope hängen vom Einsatzgebiet ab. Insbesondere bei Messungen am menschlichen Körper, z.B. bei der Bestimmung der Blutmenge, werden natürlich Isotope mit geringer Strahlungsleistung und möglichst kurzer Halbwertszeit verwendet.
• Wenn verschiedene radioaktive Isotope separat zur Verfügung stehen, die anhand der Strahlung unterschieden werden können, ist es möglich, mehrere aufeinandertolgende Messungen durchzuführen, ohne dass zwischen den einzelnen Messungen die radioaktiven Stoffe entfernt werden müssen.
• In vielen Fällen ist es erforderlich oder wünschenswert, dass das Testmedium nach der Konzentrationsmessung wieder möglichst vollständig entfernt wird. Insbesondere lassen sich dann wiederholte Messungen mit demselben Testmedium durchführen.
• Im Fall von Wasserstoff als Testmedium lässt sich dieses Entfernen besonders wirkungsvoll mit Hilfe eines Oxidationskatalysators durchführen, durch den der Wasserstoff gebunden wird. Vorzugsweise umfasst ein solcher Oxidationskatalysator Platinschaum.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines Gases in einem Behälter, mit den Schritten: Einbringen einer vorbestimmten Menge n eines gasförmigen Testmediums in den Behälter, Vermischen des gasförmigen Testmediums mit dem Gas, Ermitteln der Konzentration c des gasförmigen Testmediums in der Mischung aus Gas und gasförmigem Testmedium, Ermitteln des Volumens aus der vorbestimmten Menge n und der Konzentration c gemäss der Formel: V = n/c, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Testmedium molekularen oder atomaren Wasserstoff umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das gasförmige Testmedium einen radioaktiven Markierstoff umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem das gasförmige Testmedium nach Ermitteln der Konzentration aus dem Behälter entfernt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, in welchem der Wasserstoff mit Hilfe eines Oxidationskatalysators entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, in welchem der Oxidationskatalysator Platinschaum umfasst.