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Abstract

Vorrichtung (1) zur Messung eines in einer Flüssigkeit (5) gelösten Gases (10), insbesondere Luft, aufweisend: – ein mit der Flüssigkeit (5) zu füllendes U-Rohr (15), – ein erstes Mittel (20) zum Rotieren des U-Rohrs (15), und – ein zweites Mittel (25) zum Bestimmen einer Gasausdehnung (30) innerhalb der ausgegasten Flüssigkeit (5) bei einer Rotation des U-Rohrs (15).Device (1) for measuring a gas (10), in particular air, dissolved in a liquid (5), comprising: - a U-tube (15) to be filled with the liquid (5), - a first means (20) for rotating the U-tube (15), and - a second means (25) for determining a gas expansion (30) within the outgassed liquid (5) upon rotation of the U-tube (15).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases, insbesondere Luft.The invention relates to a device and a method for measuring a gas dissolved in a liquid, in particular air.

Es ist bekannt, dass in Flüssigkeiten wie beispielsweise Betreibsstoffe oder Kraftstoffe darin gelöste Gase wie beispielsweise Luft befinden können. Unter gewissen Umständen – etwa beim Abfall vom lokalen Druck oder Abfall der Temperatur – kann diese Luft ausgasen, wodurch ein Zweiphasengemisch „Flüssigkeit-Luft” entsteht. Die Eigenschaft des Zweiphasengemisches wird erwartungsgemäß maßgeblich von der ausgegasten Luft beeinflusst. So sinkt die Schallgeschwindigkeit, Pumpen verlieren an Fördergrad oder Strömungsverluste werden größer. In Pumpen kann der Fördergrad teilweise so weit abfallen, dass es zu einem Totalausfall des Systems, beispielsweise Vorförderpumpe bei Benzindirekteinspritzung, kommt. Daher ist die Kenntnis des Luftgehaltes in Abhängigkeit der Temperatur von Betriebsstoffen eine wichtige Voraussetzung für einen zuverlässigen Betrieb eines Systems. Allerdings liegen solche Werte für die meisten Betreibsstoffe nicht vor und müssen daher aufwendig gemessen werden.It is known that in liquids such as fuels or fuels therein dissolved gases such as air can be located. Under certain circumstances, such as a drop in local pressure or a drop in temperature, this air may outgas, creating a two-phase "liquid-air" mixture. As expected, the property of the two-phase mixture is significantly influenced by the outgassed air. Thus, the speed of sound decreases, pumps lose their efficiency or flow losses increase. In pumps, the delivery rate can sometimes drop so far that it comes to a total failure of the system, for example, pre-feed pump for gasoline direct injection. Therefore, the knowledge of the air content as a function of the temperature of operating materials is an important prerequisite for a reliable operation of a system. However, such values are not available for most of the ingredients and therefore need to be measured consuming.

Grundsätzlich sind Vorrichtungen und Verfahren zum Messen eines in einer Lösung eingeschlossen gasförmigen Stoffes aus dem bisherigen Stand der Technik bekannt. So wird etwa in EP-0 598 667 B1 vorgeschlagen, hierfür eine Sonde mit einem Ultraschallwandler einzusetzen. Bei Aktivierung des Ultraschallwandlers durchdringen Ultraschallwellen die Lösung, werden dann von einer Reflexionsfläche reflektiert, und die rückgestreuten Wellen schließlich wieder vom Ultraschallwandler erfasst. Das dabei erzeugte Signal weist eine Amplitude auf, die zur Menge des eingeschlossen gasförmigen Stoffes umgekehrt proportional ist. Obwohl grundsätzlich möglich, erfordert das Verfahren zumindest den Einsatz eines Ultraschallwandlers.Basically, devices and methods for measuring a gaseous substance included in a solution are known from the prior art. So will be in about EP-0 598 667 B1 proposed to use a probe with an ultrasonic transducer for this purpose. When the ultrasonic transducer is activated, ultrasonic waves penetrate the solution, are then reflected by a reflection surface, and the backscattered waves are finally detected again by the ultrasonic transducer. The signal generated thereby has an amplitude which is inversely proportional to the amount of the gaseous substance enclosed. Although basically possible, the method requires at least the use of an ultrasonic transducer.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Gegenstand mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine schnelle und zuverlässige Messung eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases mit wenig Aufwand ermöglicht wird.The object with the features of the independent claims has the advantage over the prior art that a fast and reliable measurement of a gas dissolved in a liquid is made possible with little effort.

Besondere Anforderungen an den zu messenden Flüssigkeiten sind nicht zu stellen, so dass praktisch alle bekannten Flüssigkeiten erfindungsgemäß gemessen werden können. Die Messzeit beträgt in der Regel nur wenige Minuten.Special requirements for the liquids to be measured are not available, so that virtually all known liquids can be measured according to the invention. The measuring time is usually only a few minutes.

Die Vorrichtung umfasst vorteilhaft solche Komponenten, deren Kosten für die Bereitstellung oder Erwerb vernachlässigbar sind oder moderat ausfallen.The device advantageously comprises those components whose costs for the provision or acquisition are negligible or moderate.

Auch ist die Durchführung der Messung relativ einfach, so dass eine aufwendige Einarbeitung oder Einweisung des Messpersonals nicht notwendig ist.Also, the implementation of the measurement is relatively simple, so that a complex training or instruction of the measuring staff is not necessary.

Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren anhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Expedient developments emerge from further dependent claims and from the description.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail below. Show it:

Die 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Messung eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases.The 1 An embodiment of an apparatus and a method for measuring a dissolved gas in a liquid.

Unter Bezugnahme auf 1 wird zunächst die Vorrichtung 1, danach das Verfahren zur Messung eines in einer Flüssigkeit 5 gelösten Gases 10, insbesondere Luft, beschrieben.With reference to 1 First, the device 1 , then the method for measuring one in a liquid 5 dissolved gas 10 , in particular air, described.

Wesentliche Komponenten der Vorrichtung 1 umfassen ein mit der Flüssigkeit 5 zu füllendes U-Rohr 15, ein erstes Mittel 20 zum Rotieren des U-Rohrs 15, und schließlich ein zweites Mittel 25 zum Bestimmen einer Gasausdehnung 30 innerhalb der ausgegasten Flüssigkeit 5 bei einer Rotation des U-Rohrs 15.Essential components of the device 1 include one with the liquid 5 to be filled U-tube 15 , a first remedy 20 for rotating the U-tube 15 , and finally a second remedy 25 for determining a gas expansion 30 inside the outgassed liquid 5 during a rotation of the U-tube 15 ,

Das U-Rohr 15 weist im Ausführungsbeispiel zwei senkrecht verlaufende Teilbereiche 15a, 15b auf, die durch einen waagerecht verlaufenden Teilbereich 15c miteinander verbunden sind. Vorteilhaft ist das U-Rohr 15 auf einen Träger 15d angeordnet, der mit dem ersten Mittel 20 zum Rotieren des U-Rohrs 15 verbunden ist. Dabei ist das erste Mittel 20 zum Rotieren des U-Rohrs 15 ein Motor, insbesondere ein Elektromotor.The U-tube 15 has in the exemplary embodiment two vertically extending portions 15a . 15b on, passing through a horizontally extending subarea 15c connected to each other. Advantageous is the U-tube 15 on a carrier 15d arranged with the first means 20 for rotating the U-tube 15 connected is. This is the first means 20 for rotating the U-tube 15 a motor, in particular an electric motor.

Das zweite Mittel 25 zum Bestimmen einer Gasausdehnung 30 innerhalb der Flüssigkeit 5 bei einer Rotation des U-Rohrs 15 ist im Ausführungsbeispiel eine Kamera. Sie kann entweder durch entsprechende Programmierung automatisch die Gasausdehnung 30 bestimmen oder die Aufnahme der Gasausdehnung 30 in einem nicht in der Fig. dargestellten Monitor abbilden, so dass die Bestimmung der Gasausdehnung 30 durch ein Personal durchgeführt wird.The second means 25 for determining a gas expansion 30 inside the liquid 5 during a rotation of the U-tube 15 is a camera in the embodiment. You can either by appropriate programming automatically the gas expansion 30 determine or record the gas expansion 30 in a monitor not shown in the figure, so that the determination of the gas expansion 30 carried out by a staff.

Das Verfahren zur Messung eines in einer Flüssigkeit 5 gelösten Gases 10, insbesondere Luft, umfasst im wesentlichen die Schritte a) bis d):
In einem Schritt a) wird ein U-Rohr 15 mit einer zu messenden Flüssigkeit 5 gefüllt. Danach wird in einem Schritt b) ein Druckfeld im Innern des U-Rohrs 15 durch Rotieren des U-Rohrs 15 erzeugt, wodurch sich das in der Flüssigkeit 5 gelöste Gas 10 in einem Ausgasungsbereich mit einer Gasausdehnung 30 sammelt. Weiter wird in einem Schritt c) die Gasausdehnung 30 in der ausgegasten Flüssigkeit 5 bestimmt und schließlich in einem letzten Schritt d) eine quantitative Größe des Gases 10 mit Hilfe der nun bekannten Gasausdehnung 30 bestimmt.
The method of measuring one in a liquid 5 dissolved gas 10 , in particular air, essentially comprises the steps a) to d):
In a step a) becomes a U-tube 15 with a liquid to be measured 5 filled. Thereafter, in a step b) a pressure field in the interior of the U-tube 15 by rotating the U-tube 15 generates, which in the liquid 5 dissolved gas 10 in an outgassing area with a gas expansion 30 collects. Next, in a step c), the gas expansion 30 in the degassed liquid 5 determines and finally in a final step d) a quantitative size of the gas 10 with the help of the now known gas expansion 30 certainly.

Der Ausgasungsbereich liegt in der Mitte des waagerecht verlaufenden Teilbereiches 15c des U-Rohrs 15, also im Bereich der Drehachse der Rotation. Genau im Mittelpunkt der Drehachse der Rotation ist übrigens der Druck am niedrigsten. Unterschreitet dieser minimaler Druckwert eine bestimmte Grenze, so beginnt die Ausgasung und die Gasausdehnung 30 nimmt stetig zu, bis sie einen endlichen Wert erreicht.The outgassing area lies in the middle of the horizontally extending partial area 15c of the U-tube 15 , ie in the area of the rotation axis of the rotation. Incidentally, the pressure is lowest at the very center of the rotation axis of the rotation. If this minimum pressure value falls below a certain limit, the outgassing and the gas expansion begin 30 increases steadily until it reaches a finite value.

In der Fig. beträgt die Gasausdehnung 2·LL. Dieser Wert kann mittels der Kamera bestimmt werden. Mit Kenntnis dieser Gasausdehnung kann dann eine quantitative Größe des Gases 10 berechnet werden.In the figure, the gas expansion is 2 · L L. This value can be determined by means of the camera. With knowledge of this gas expansion can then be a quantitative size of the gas 10 be calculated.

So kann man z. B. die in der Flüssigkeit 5 gelöste Masse des Gases mG berechnen, und daraus bei Bedarf den Gasgehalt der zu messenden Flüssigkeit 5. Für die Masse des Gases mG gilt

Figure DE102006046836B4_0002
wobei 2·LL die Gasausdehnung 30 im Ausgasungsbereich, pD der Druck im Ausgasungsbereich, A der Querschnitt des U-Rohrs 15, R die universelle Gaskonstante und T die Temperatur ist.So you can z. B. in the liquid 5 Calculate dissolved mass of gas m G , and from it, if necessary, the gas content of the liquid to be measured 5 , For the mass of the gas m G applies
Figure DE102006046836B4_0002
where 2 · L L is the gas expansion 30 in the outgassing area, p D the pressure in the outgassing area, A the cross section of the U-tube 15 , R is the universal gas constant and T is the temperature.

Im rechten Term der obigen Formel stehen neben der gemessenen Größe „Gasausdehnung 2·LL” weitere, an sich bekannte Größen wie der Querschnitt A des U-Rohrs 15, die universelle Gaskonstante R und die Temperatur T der zu messenden Flüssigkeit 5. Üblicherweise sind bei der Messung der Messraum und die Flüssigkeit 5 im thermischen Gleichgewicht, so dass die Raumtemperatur und die Temperatur T der Flüssigkeit 5 übereinstimmen. Bei Bedarf bzw. zur Erhöhung der Messgenauigkeit kann natürlich die Temperatur T der Flüssigkeit 5 separat gemessen werden. Hierzu kann ein Thermometer im Messraum oder in der Vorrichtung 1, insbesondere im Innern des U-Rohrs 15, vorgesehen werden.In the right-hand term of the above formula, in addition to the measured variable "gas expansion 2 · L L ", further known per se are known, such as the cross-section A of the U-tube 15 , the universal gas constant R and the temperature T of the liquid to be measured 5 , Usually, in the measurement of the measuring space and the liquid 5 in thermal equilibrium, leaving the room temperature and the temperature T of the liquid 5 to match. If necessary or to increase the accuracy of measurement, of course, the temperature T of the liquid 5 be measured separately. For this purpose, a thermometer in the measuring chamber or in the device 1 , in particular in the interior of the U-tube 15 be provided.

Schließlich ist auch der Druck pD im Ausgasungsbereich durch die folgende Beziehung bekannt:

Figure DE102006046836B4_0003
wobei N der Drehzahl in (U/min) des U-Rohrs 15 entspricht, um den Druck pD im Ausgasungsbereich zu erzeugen. Daneben werden folgende Größen als bekannt bzw. als schnell bestimmbar betrachtet: Der Radius L des U-Rohrs 15, die Dichte ρ der Flüssigkeit 5, der Umgebungsdruck pU und die Höhe H des Flüssigkeitsstands. Falls der Umgebungsdruck pU sehr genau bestimmt werden soll, kann die Vorrichtung 1 zusätzlich ein Manometer aufweisen.Finally, the pressure p D in the outgassing area is also known by the following relationship:
Figure DE102006046836B4_0003
where N is the speed in (rpm) of the U-tube 15 corresponds to generate the pressure p D in the Ausgasungsbereich. In addition, the following quantities are considered known or can be determined as quickly determinable: The radius L of the U-tube 15 , the density ρ of the liquid 5 , the ambient pressure p U and the height H of the liquid level. If the ambient pressure p U to be determined very accurately, the device 1 additionally have a manometer.

Mit der beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren wird so eine schnelle Bestimmung des Gasgehalts, insbesondere des Luftgehalts, einer Flüssigkeit 5 ermöglicht.With the described device and the method, a rapid determination of the gas content, in particular of the air content, of a liquid thus becomes 5 allows.

Claims (10)

Vorrichtung (1) zur Messung eines in einer Flüssigkeit (5) gelösten Gases (10), insbesondere Luft, aufweisend: – ein mit der Flüssigkeit (5) zu füllendes U-Rohr (15), – ein erstes Mittel (20) zum Rotieren des U-Rohrs (15), und – ein zweites Mittel (25) zum Bestimmen einer Gasausdehnung (30) innerhalb der ausgegasten Flüssigkeit (5) bei einer Rotation des U-Rohrs (15).Contraption ( 1 ) for measuring one in a liquid ( 5 ) dissolved gas ( 10 ), in particular air, comprising: - one with the liquid ( 5 ) to be filled U-tube ( 15 ), - a first means ( 20 ) for rotating the U-tube ( 15 ), and - a second means ( 25 ) for determining a gas expansion ( 30 ) within the degassed liquid ( 5 ) during a rotation of the U-tube ( 15 ). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das U-Rohr (15) zwei senkrecht verlaufende Teilbereiche (15a, 15b) umfasst, die durch einen waagerecht verlaufenden Teilbereich (15c) miteinander verbunden sind.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the U-tube ( 15 ) two vertically extending portions ( 15a . 15b ) formed by a horizontally extending subregion ( 15c ) are interconnected. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das U-Rohr (15) einen Träger (15d) aufweist, der mit dem ersten Mittel (20) zum Rotieren des U-Rohrs (15) verbunden ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the U-tube ( 15 ) a carrier ( 15d ) associated with the first means ( 20 ) for rotating the U-tube ( 15 ) connected is. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (20) zum Rotieren des U-Rohrs (15) ein Motor, insbesondere ein Elektromotor, ist.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first means ( 20 ) for rotating the U-tube ( 15 ) is a motor, in particular an electric motor. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel (25) zum Bestimmen einer Gasausdehnung (30) innerhalb der Flüssigkeit (5) bei einer Rotation des U-Rohrs (15) eine Kamera ist.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second means ( 25 ) for determining a gas expansion ( 30 ) within the liquid ( 5 ) during a rotation of the U-tube ( 15 ) is a camera. Verfahren zur Messung eines in einer Flüssigkeit (5) gelösten Gases (10), insbesondere Luft, mit den Schritten: a. Füllen eines U-Rohrs (15) mit einer zu messenden Flüssigkeit (5), b. Erzeugen eines Druckfeldes im Innern des U-Rohrs (15) durch Rotieren des U-Rohrs (15), wodurch sich das in der Flüssigkeit (5) gelöste Gas (10) in einem Ausgasungsbereich mit einer Gasausdehnung (30) sammelt, c. Bestimmen der Gasausdehnung (30) in der ausgegasten Flüssigkeit (5) und d. Bestimmen einer quantitativen Größe des Gases (10) mit Hilfe der Gasausdehnung (30).Method for measuring a in a liquid ( 5 ) dissolved gas ( 10 ), in particular air, with the steps: a. Filling a U-tube ( 15 ) with a liquid to be measured ( 5 b. Generating a pressure field inside the U-tube ( 15 ) by rotating the U-tube ( 15 ), whereby in the liquid ( 5 ) dissolved gas ( 10 ) in an outgassing region with a gas expansion ( 30 ), c. Determining the gas expansion ( 30 ) in the degassed liquid ( 5 ) and d. Determining a quantitative size of the gas ( 10 ) with the aid of gas expansion ( 30 ). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) die zu messende Flüssigkeit (5) in ein U-Rohr (15) mit zwei senkrecht verlaufenden Teilbereichen (15a, 15b) und diese verbindenden, waagerecht verlaufenden Teilbereich (15c) befüllt wird.A method according to claim 6, characterized in that in step a) the liquid to be measured ( 5 ) in a U-tube ( 15 ) with two vertically extending portions ( 15a . 15b ) and this connecting, horizontally extending partial area ( 15c ) is filled. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) das U-Rohr (15) rotiert wird durch einen Motor, insbesondere Elektromotor.A method according to claim 6 or 7, characterized in that in step b) the U-tube ( 15 ) is rotated by a motor, in particular electric motor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) die Gasausdehnung (30) in der ausgegasten Flüssigkeit (5) durch eine Kamera bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step c) the gas expansion ( 30 ) in the degassed liquid ( 5 ) is determined by a camera. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt d) die Masse des Gases mG bestimmt wird mit Hilfe der Formel
Figure DE102006046836B4_0004
wobei 2·LL die Gasausdehnung (30) im Ausgasungsbereich, pD der Druck im Ausgasungsbereich, A der Querschnitt des U-Rohrs (15), R die universelle Gaskonstante und T die Temperatur ist.
Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that in step d) the mass of the gas m G is determined by means of the formula
Figure DE102006046836B4_0004
where 2 · L L is the gas expansion ( 30 ) in the outgassing, p D, the pressure in the Ausgasungsbereich, A is the cross section of the U-tube ( 15 ), R is the universal gas constant and T is the temperature.
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