DE102014109836A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumens eines Nutzmediums in einem Vorratsbehälter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Volumens eines Nutzmediums in einem mit dem Nutzmedium und mit einem Füllmedium befüllten Vorratsbehälter umfassend die folgenden Schritte: ein Volumen des Füllmediums wird dynamisch variiert; eine infolge der Volumenänderung erzeugte Druckschwankung in dem Füllmedium wird erfasst; aus der Volumenänderung und der Druckschwankung wird ein Grundvolumen des Füllmediums bestimmt; und aus einem bekannten Behältervolumen und dem Grundvolumen des Füllmediums wird das Volumen des Nutzmediums bestimmt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Volumens eines Nutzmediums in einem mit dem Nutzmedium und mit einem Füllmedium befüllten Vorratsbehälter.
• Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumens eines Nutzmediums in einem mit dem Nutzmedium und einem Füllmedium befüllbaren Vorratsbehälter umfassend den Vorratsbehälter, welcher zur Aufnahme des Nutzmediums ausgebildet ist und eine Befüllöffnung aufweist, und eine Druckbestimmungseinheit zur Bestimmung eines Drucks eines in dem Vorratsbehälter bevorrateten Mediums.
• Es gibt eine Menge verschiedener Messmethoden und -vorrichtungen, um den Füllstand beziehungsweise das Volumen eines Nutzmediums zu bestimmen, welches in einem Vorratsbehälter bevorratet wird. Die in der Praxis verbreitetsten Ansätze werden nachfolgend in der gebotenen Knappheit dargestellt.
• Eine weit verbreitete Messmethode basiert auf dem archimedischen Prinzip. Sie verwendet einen Schwimmkörper, der in dem Nutzmedium schwimmt und der über einen Hebel mit einem Positionssensor, insbesondere einem Potenziometer, verbunden ist. Der Schwimmkörper erfährt infolge der Verdrängung eines Teilvolumens des Nutzmediums eine Auftriebskraft. Über den Hebelarm kann die Position des Schwimmkörpers mittels des Positionssensors erfasst und ausgewertet werden. Aufgrund der mechanischen Komponenten der Messvorrichtung und der beweglichen Teile ist die Messmethode insbesondere verschmutzungs- beziehungsweise korrosionsanfällig. Des Weiteren kann der Füllstand des Messmediums nur an einer Stelle innerhalb des Vorratsbehälters ermittelt werden.
• Es ist weiter bekannt, ein Mikrowellensignal in einen elektrischen Leiter einzukoppeln, der innerhalb des Vorratsbehälters verläuft und jedenfalls teilweise von dem Nutzmedium umschlossen ist. An einer Grenzfläche zwischen dem Nutzmedium einerseits und einem ebenfalls in dem Vorratsbehälter vorhandenen Füllmedium andererseits kommt es zu einer Impedanzänderung des Leiters mit der Folge, dass ein Teil des eingekoppelten Mikrowellensignals reflektiert wird. Wird das Mikrowellensignal zum Beispiel gepulst eingekoppelt, lässt sich über eine Laufzeitanalyse die Position des Impedanzsprungs und damit der Füllstand beziehungsweise das Volumen des Nutzmediums bestimmen. Auch hier erlaubt die Messmethode die Bestimmung des Füllstands lediglich an einer Stelle des Vorratsbehälters.
• Ferner ist bekannt, mittels eines Ultraschallsignals den Füllstand des Nutzmediums in dem Vorratsbehälter zu ermitteln. Beispielsweise wird das Ultraschallsignal über ein gasförmiges Füllmedium in Richtung des Nutzmediums abgestrahlt. An der Grenzfläche zwischen dem Füllmedium und dem Nutzmedium wird das Ultraschallsignal jedenfalls teilweise reflektiert. Über die Detektion des reflektierten Signals und eine Laufzeitanalyse lässt sich der Füllstand des Nutzmediums an einer vorgegebenen Stelle im Vorratsbehälter bestimmen.
• Darüber hinaus ist bekannt, den Füllstand des Nutzmediums in dem Vorratsbehälter kapazitiv zu erfassen. Hierbei wird mittels eines räumlich ausgedehnten Kondensatorelements die gemittelte Permittivitätszahl des Nutzmediums und des Füllmediums ermittelt. Das Kondensatorelement erstreckt sich hierbei mit seinem Messbereich über beide Medien. Die einzelnen Permittivitätszahlen der Medien werden entsprechend der jeweiligen Überdeckungsbereiche der Medien über das Kondensatorelement gedichtet. Die Ausdehnung des Kondensatorelements entspricht zugleich dem Messweg, über den der Füllstand bestimmt werden kann. Optional kann ein kapazitiver Füllstandssensor vorgesehen werden, welcher über wenigstens drei Sensorbereiche verfügt. Hierbei dienen zwei Sensorbereiche zur Bestimmung von Referenzmesspunkten in dem Nutzmedium einerseits und dem Füllmedium andererseits. Sie weisen eine vergleichsweise kleine Ausdehnung auf. Durch die Referenzmesspunkte ist sichergestellt, dass die Permittivität des Nutzmediums und des Füllmediums bekannt ist. Ein dritter Sensorbereich dient dann der Ermittlung der gemittelten Permittivitätszahl der beiden Medien. Wieder lässt sich mithilfe der kapazitiven Füllstandmessung der Füllstand lediglich an einer Stelle des Vorratsbehälters beziehungsweise in einem Segment des Vorratsbehälters bestimmen. Zudem ist der Sensor unmittelbar dem Kontakt mit den Medien ausgesetzt. Insofern spielen Adhäsionseffekte und ein Feuchtigkeitsfilm auf Teilen der Oberfläche eine Rolle und beeinflussen die Genauigkeit der Positionsbestimmung mitunter negativ.
• Es ist außerdem bekannt, den Füllstand des Nutzmediums zu ermitteln, indem der hydrostatische Druck am Grund des Behälters ermittelt wird. Der hydrostatische Druck hängt von der Masse des Nutzmediums und damit vom Füllstand des Nutzmediums oberhalb des Messpunkts ab. Mit steigendem Füllstand steigt auch der Druck, welcher am Grund des Vorratsbehälters gemessen wird. Sofern die Dichte des Nutzmediums bekannt und konstant ist, kann auf Basis des gemessenen statischen Drucks des Füllmediums auf den Füllstand zurückgerechnet werden. Da zugleich der Atmosphärendruck oberhalb des Nutzmediums wirkt und den am Grund des Vorratsbehälters gemessenen statischen Druck beeinflusst, ist eine Differenzdruckmessung vorteilhaft, um den Füllstand möglichst exakt zu bestimmen. Nachteil ist hierbei, dass mittels der hydrostatischen Druckmessung der Druck lediglich in einem Bereich des Vorratsbehälters bestimmt wird. Insbesondere bei fragmentierten Vorratsbehältern liefert die Methode keinen ausreichend genauen Messwert. Weiterhin ist der Drucksensor aufgrund des unmittelbaren Kontakts mit dem Nutzmedium Verschmutzungen, Adhäsion und dergleichen ausgesetzt. Letztlich kann dies zum Ausfall des Sensors führen oder die Messgenauigkeit herabsetzen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insofern, ein gleichermaßen einfaches und exaktes Verfahren zur Bestimmung des Volumens des Nutzmediums in dem Vorratsbehälter anzugeben. Des Weiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zum Bestimmen des Volumens des Nutzmediums in dem Vorratsbehälter anzugeben.
• Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 auf. Es ist insofern vorgesehen, dass zur Bestimmung eines Volumens eines Nutzmediums in einem mit dem Nutzmedium und einem Füllmedium befüllten Vorratsbehälter ein Volumen des Füllmediums dynamisch variiert wird, dass eine infolge der Volumenänderung erzeugte Druckschwankung des Füllmediums erfasst wird, dass ein Grundvolumen des Füllmediums bestimmt wird auf Basis der Volumenänderung und der Druckschwankung und dass das Volumen des Nutzmediums aus einem bekannten Behältervolumen und dem bestimmten Grundvolumen des Füllmediums bestimmt wird.
• Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass in einfacher Weise das Volumen des Nutzmediums bestimmt wird, indem zunächst das Volumen des Füllmediums erfasst und dann aus dem Volumen des Füllmediums und dem bekannten Volumen des Vorratsbehälters das Volumen des Nutzmediums ermittelt wird. Es erfolgt hierbei keine lokale Messung des Volumens beziehungsweise des Füllstands des Nutzmediums an einer Stelle des Vorratsbehälters. Vielmehr wird das Volumen insgesamt erfasst. Insofern kann das erfindungsgemäße Verfahren bei fragmentierten Vorratsbehältern zur Anwendung kommen. Die Vorratsbehälter können insofern eine beliebige Geometrie aufweisen. Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist allein, dass die Teilvolumina des Nutzmediums oberhalb der Füllstände miteinander verbunden sind. Da es sich um ein kontaktfreies Messprinzip handelt und insbesondere ein Kontakt zwischen einem Sensor und dem Nutzmedium nicht vorliegt, ergibt sich eine hohe Robustheit, ein guter Schutz vor Verschmutzung und eine lange Betriebs- beziehungsweise Lebensdauer. Weiter wird die Genauigkeit der Messung durch den fehlenden Kontakt beziehungsweise die mechanische Berührung positiv beeinflusst.
• Beispielsweise wird auf Basis der Volumenänderung und der Druckschwankung des Füllmediums das Grundvolumen desselben auf Basis der Zustandsgleichung für das Füllmedium bestimmt. Die Zustandsgleichung für das Füllmedium beschreibt die Gesetzmäßigkeiten, denen das Medium gehorcht. Beispielsweise kann als Füllmedium ein ideales Gas oder ein beliebiges anderes Fluid verwendet werden, welches sich jedenfalls im vorliegenden Druck- und Temperaturbereich wie ein ideales Gas verhält beziehungsweise für das die Zustandsgleichung bekannt ist.
• Beispielsweise kann der Zusammenhang zwischen dem Grundvolumen des Füllmediums einerseits und der Druckschwankung sowie der Volumenänderung anderseits modellgestützt bestimmt beziehungsweise empirisch durch entsprechende Versuche ermittelt werden.
• Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, um in einem Kraftstofftank von Kraftfahrzeugen das Kraftstoffvolumen zu bestimmen beziehungsweise eine Kraftstoff-Leckage-Detektion durchzuführen. Bevorzugt dient als Füllmedium insofern ein Fluid, insbesondere ein Gas. Beispielsweise kann Luft als Füllmedium vorgesehen werden. Insbesondere bei geringen Drücken und den üblichen Umgebungstemperaturen kann Luft durch diese Zustandsgleichung für ein ideales Gas ausreichend genau berechnet werden.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Volumen des Füllmediums periodisch geändert. Bevorzugt erfolgt die periodische Änderung des Volumens harmonisch. Messtechnisch ist eine periodische, insbesondere harmonische periodische, Änderung des Volumens vergleichsweise einfach zu erzeugen und auszuwerten. Das Messverfahren kann insofern einfach und robust gestaltet werden. Die Anregung erfolgt beispielsweise über ein periodisches beziehungsweise harmonisch periodisches Anregesignal, welches insbesondere als elektrisches Anregesignal bereitgestellt werden kann.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird insbesondere zur Detektion einer Leckage das Grundvolumen des Füllmediums in einem ersten Zeitpunkt und in einem zweiten Zeitpunkt bestimmt. Auf Basis der beiden Werte für das Grundvolumen zu den verschiedenen Zeitpunkten und des bekannten, konstanten Volumens des Vorratsbehälters wird eine Volumenänderung für das Nutzmedium bestimmt. Es kann so beispielsweise der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs kontinuierlich bestimmt beziehungsweise überwacht werden.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden der statische Druck beziehungsweise die Druckschwankung direkt mithilfe eines Druckaufnehmers beziehungsweise Drucksensors ermittelt. Die direkte Messung des Drucks beziehungsweise der Druckschwankung vereinfacht die Signalverarbeitung beziehungsweise reduziert den Aufwand der notwendigen Nacharbeit.
• Weiter kann vorgesehen sein, dass der statische Druck beziehungsweise die Druckschwankung indirekt, beispielsweise über einen modellbasierten Ansatz beziehungsweise zu dem Druck korrespondierende Messgrößen, ermittelt wird. Die entsprechenden Messgrößen werden dann erfasst und in ein korrespondierendes Drucksignal umgerechnet. Beispielsweise können elektrische Größen bestimmt und auf Basis der elektrischen Größen der statische Druck beziehungsweise die Druckschwankung ermittelt werden. Es kann insofern vorgesehen sein, die Druckschwankung über die Leistungsaufnahme der Volumenmodulationseinheit vorzunehmen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, die Volumenmodulationseinheit und die Druckbestimmungseinheit räumlich beziehungsweise funktional zu integrieren.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Temperatur des Füllmediums ermittelt. Beispielsweise kann die Temperatur sensorisch erfasst werden. Vorteilhaft kann in Kenntnis der Temperatur eine Bestimmung der Volumenänderung auch für den Fall einer Temperaturschwankung bestimmt werden.
• Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Volumenmodulationseinheit vorgesehen ist, wobei die Volumenmodulationseinheit dem Vorratsbehälter derart zugeordnet ist, dass mittels der Volumenmodulationseinheit ein Volumen des Füllmediums innerhalb bekannter, vorgegebener Grenzen verändert wird, und dass mittels der Druckbestimmungseinheit ein Druck des Füllmediums bestimmbar ist.
• Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels der Druckbestimmungseinheit der Druck des Füllmediums bestimmt wird. Als Füllmedium kann insbesondere ein Gas, insbesondere Luft, vorgesehen werden. Die Druckbestimmungseinheit hat insofern keinen unmittelbaren Kontakt mit dem Nutzmedium und ist insofern geschützt vor Verschmutzung, Adhäsion, Korrosion und dergleichen. Weiter wird mittels der Volumenmodulationseinheit das Volumen des Füllmediums verändert. Die Volumenmodulationseinheit und die Druckbestimmungseinheit können wahlweise räumlich und funktional integriert beziehungsweise getrennt voneinander und beabstandet zueinander vorgesehen werden.
• Mittels der Druckbestimmungseinheit kann der Druck insbesondere direkt, etwa mithilfe von Drucksensoren, oder indirekt, beispielsweise modellbasiert beziehungsweise über die Messung korrespondierender Größen bestimmt werden. Es kann beispielsweise der Druck absolut oder relativ im Vergleich zu einem Referenzdruck bestimmt werden. Beispielsweise kann die Druckmessung statisch oder dynamisch erfolgen. Insofern kann beispielsweise eine Druckdifferenz bestimmt werden.
• Beispielsweise können die Druckbestimmungseinheit und die Volumenmodulationseinheit als integrierte Baueinheit ausgeführt werden. Eine indirekte Messung der Druckschwankung kann beispielsweise über die Messung einer Leistungsaufnahme der Volumenmodulationseinheit erfolgen.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass durch Nachrüsten der Volumenmodulationseinheit und/oder der Druckbestimmungseinheit ein vorhandener Vorratsbehälter nachträglich zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umgerüstet wird. Beispielsweise können vorhandene Kraftstofftanks in Kraftfahrzeugen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgerüstet werden. Insofern kann eine Auswerte- beziehungsweise Steuereinheit als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen und den autarken Betrieb der Druckbestimmungseinheit und der Volumenmodulationseinheit ermöglichen.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Volumenmodulationseinheit eine Membran sowie einen Erreger. Der Erreger ist der Membran derart zugeordnet, dass beim Betätigen des Erregers die Membran zu Schwingungen angeregt wird. Infolge der Membranschwingungen ändert das Füllmedium das Volumen. Die Volumenänderung resultiert wiederum in einer Druckschwankung, welche mittels der Druckbestimmungseinheit erfasst wird. Vorteilhaft kann die Volumenmodulationseinheit durch das Vorsehen der Membran in besonders einfacher Weise und robust ausgeführt werden. Die Erregung kann beispielsweise mechanisch oder elektrisch erfolgen. Als Erreger kann beispielsweise ein Piezoelement vorgesehen werden, welches elektrisch angesteuert wird und die Membran mechanisch anregt. Beispielsweise kann die Membran nach Art eines Lautsprechers ausgebildet werden und infolge der Anregung zu periodischen, insbesondere harmonischen periodischen, Schwingungen angeregt werden.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann eine Temperaturerfassungseinheit vorgesehen werden zur Bestimmung einer Temperatur des Füllmediums. Insbesondere kann ein Temperatursensor vorgesehen werden zur direkten Messung der Temperatur.
• Als Füllmedium kann erfindungsgemäß insbesondere ein Fluid, bevorzugt ein Gas, besonders bevorzugt Luft, vorgesehen werden. Als Nutzmedium kann insbesondere eine Flüssigkeit beziehungsweise ein Feststoff Verwendung finden.
• Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Erfindungsgemäß beschriebene Merkmale und Details der Vorrichtung gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt. So kann auf die Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
• Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
• 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Volumens eines Nutzmediums in einem Vorratsbehälter,
• 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei eine Volumenmodulationseinheit beabstandet zu dem Vorratsbehälter vorgesehen ist und
• 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem fragmentierten Vorratsbehälter.
• Jeweils zeigen die 1 bis 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumens V_N eines Nutzmediums 1 in einem mit dem Nutzmedium 1 und einem Füllmedium 2 befüllten Vorratsbehälter 3. Zum Einführen des Nutzmediums 1 in den Vorratsbehälter 3 weist der Vorratsbehälter 3 insbesondere eine nicht dargestellte Einfüllöffnung auf.
• Als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind jedenfalls eine Druckbestimmungseinheit 4 sowie eine Volumenmodulationseinheit 5 vorgesehen. Die Druckbestimmungseinheit 4 ist beispielsweise nach Art eines Drucksensors realisiert und unmittelbar dem Vorratsbehälter 3 zugeordnet. Als Teil der Volumenmodulationseinheit 5 ist exemplarisch eine Membran 6 vorgesehen, welche zu Schwingungen, insbesondere zu periodischen Schwingungen und bevorzugt harmonischen periodischen Schwingungen, angeregt werden kann. Der Membran 6 ist ein nicht dargestellter Erreger zugeordnet, wobei mittels des Erregers die Membran 6 zu den Schwingungen angeregt wird. Die Erregung kann beispielsweise elektrisch oder mechanisch erfolgen.
• Eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung nach 1 sieht vor, dass die Volumenmodulationseinheit 5 dem Vorratsbehälter 3 räumlich unmittelbar zugeordnet ist. Insbesondere wirkt die Volumenmodulationseinheit 5 mit einem Grundvolumen V_F des Füllmediums 2 derart zusammen, dass das Grundvolumen V_F des Füllmediums 2 durch die Schwingungen der Membran 6 periodisch verändert wird. Insbesondere vergrößert beziehungsweise verkleinert sich das Volumen des Füllmediums 2 infolge der Schwingungen der Membran 6 um ein bekanntes Referenzvolumen ± 1 / 2d_V .
• Mittels der Druckbestimmungseinheit 4 wird die Druckschwankung des Füllmediums 2 bestimmt, welche infolge der Volumenänderung eintritt. Insbesondere wird ein minimaler Druck p_min des Füllmediums 2, welcher zum maximalen Volumen V_F + 1 / 2dV korrespondiert, sowie ein maximaler Druck p_max bestimmt, welcher wiederum zum minimalen Volumen V_F – 1 / 2dV korrespondiert. Ein mittlerer Druck p₀ des Füllmediums 2 ergibt sich dann zu

  
• Unter der Annahme, dass das Füllmedium 2 jedenfalls näherungsweise als ein ideales Gas angesehen werden kann und durch die Zustandsgleichung p·v = C·T für ideale Gase beschrieben wird, kann das unbekannte Grundvolumen V_F des Füllmediums 2 bestimmt werden. In der Zustandsgleichung für das ideale Gas sind dabei p der Gasdruck, V das Gasvolumen, T die Gastemperatur und C eine Konstante, welche von der Teilchenzahl des gasförmigen Mediums abhängt. Für eine konstante Temperatur T besagt die Zustandsgleichung, dass das Produkt aus Gasdruck p und Gasvolumen V konstant ist: p·V = konst., beziehungsweise dass der Gasdruck und das Gasvolumen invers proportional zueinander sind: p = konst. / v.
• Moduliert man nun das unbekannte Grundvolumen V_F des Füllmediums 2 demzufolge um das Referenzvolumen ± 1 / 2dV , kommt es zu einer Druckmodulation in dem Füllmedium 2 mit den folgenden Extremwerten: p_max·(V_F – dV / 2) = konst. p_min·(V_F + dV / 2) = konst.
• Die beiden Gleichungen können gleichsetzt werden und ergeben sich dann zu p_max·(V_F – dV / 2) = p_min(V_F + dV / 2)
• Mit

  

  und dp = (p_max – p_min) kann das unbekannte Grundvolumen V_F des Füllmediums 2 wie folgt bestimmt werden:

  
• Ist das Grundvolumen V_F des Füllmediums 2 bekannt ist, kann bei bekanntem Volumen V_B des Vorratsbehälters 3 auf das Volumen V_N des Nutzmediums 1 geschlossen werden: V_N = V_B – V_F.
• 2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei ist das Referenzvolumen beziehungsweise die Volumenmodulationseinheit 5 nicht unmittelbar dem Vorratsbehälter 3 zugeordnet. Vielmehr ist zwischen der Volumenmodulationseinheit 5 und dem Vorratsbehälter 3 eine Zuleitung 7 vorgesehen. Die Zuleitung 7 ist ebenso wie die Volumenmodulationseinheit 5 mit dem Füllmedium 2 befüllt. Durch das Vorsehen der Zuleitung 7 ergeben sich Freiräume insbesondere in Bezug auf die Anordnung der Volumenmodulationseinheit 5. Die Volumenmodulationseinheit 5 kann insofern ortsfern vom Vorratsbehälter 3 vorgesehen werden. Begünstigt wird hierdurch insbesondere die Nachrüstung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise der Volumenmodulationseinheit 5 an einen bereits vorhandenen Vorratsbehälter 3.
• 3 macht deutlich, dass eine Volumenbestimmung beziehungsweise Zustandsmessung auch bei fragmentierten beziehungsweise segmentierten Vorratsbehältern mit nahezu beliebiger Geometrie möglich ist. Dargestellt ist ein Vorratsbehälter 3, welcher nach Art eines fragmentierten Vorratsbehälters ausgebildet ist. In dem fragmentierten Vorratsbehälter 3 ist das Nutzmedium 1 in einem ersten Vorratssegment 3.1 und in einem von dem ersten Vorratssegment 3.1 getrennten zweiten Vorratssegment 3.2 bevorratet. Ein Füllstand in dem ersten Vorratssegment 3.1 des Nutzmediums 1 weicht exemplarisch von einem Füllstand des Nutzmediums 1 in dem zweiten Vorratssegment 3.2. Gleichwohl sind die Volumina des Nutzmediums 1 oberhalb der Füllstände miteinander verbunden, sodass in der beschriebenen Weise zunächst das Grundvolumen V_F des Füllmediums 2 bestimmt und dann aus dem Grundvolumen V_F des Füllmediums 2 und dem bekannten Volumen V_B des Vorratsbehälters 3 auf das Volumen V_N des Nutzmediums 1 geschlossen werden kann.
• Bezugszeichenliste

1

Nutzmedium

2

Füllmedium

3

Vorratsbehälter

3.1

Vorratssegment

3.2

Vorratssegment

4

Druckbestimmungseinheit

5

Volumenmodulationseinheit

6

Membran

7

Zuleitung

V_F

Volumen des Füllmediums

p₀

mittlerer Druck des Füllmediums

p_min

minimaler Druck des Füllmediums

p_max

maximaler Druck des Füllmediums

V_B

Volumen des Vorratsbehälters

V_N

Volumen des Nutzmediums

Claims (10)

1. Verfahren zum Bestimmen eines Volumens eines Nutzmediums (1) in einem mit dem Nutzmedium (1) und mit einem Füllmedium (2) befüllten Vorratsbehälter (3) umfassend die folgenden Schritte: – ein Volumen des Füllmediums (2) wird dynamisch variiert; – eine infolge der Volumenänderung erzeugte Druckschwankung in dem Füllmedium wird erfasst; – aus der Volumenänderung und der Druckschwankung wird ein Grundvolumen des Füllmediums (2) bestimmt; und – aus einem bekannten Behältervolumen und dem Grundvolumen des Füllmediums (2) wird das Volumen des Nutzmediums (1) bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Füllmediums (2) periodisch geändert wird, wobei bevorzugt eine harmonische periodische Änderung des Volumens herbeigeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem ersten Zeitpunkt ein erster Wert für das Grundvolumen des Füllmediums (2) und zu einem zweiten Zeitpunkt ein zweiter Wert für das Grundvolumen des Füllmediums (2) bestimmt wird und dass auf Basis der zwei Werte für das Grundvolumen und des bekannten Behältervolumens eine Volumenänderung für das Nutzmedium (1) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschwankung direkt mithilfe eines Druckaufnehmers und/oder indirekt bestimmt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur des Füllmediums (2) bestimmt wird.
6. Vorrichtung zum Bestimmen eines Volumens eines Nutzmediums (1) in einem mit dem Nutzmedium (1) und einem Füllmedium (2) befüllbaren Vorratsbehälter (3) umfassend: – den Vorratsbehälter (3), welcher zur Aufnahme des Nutzmediums (1) ausgebildet ist und eine Befüllöffnung aufweist, und – eine Druckbestimmungseinheit (4) zur Bestimmung eines Drucks eines in dem Vorratsbehälter (3) bevorrateten Mediums (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass eine Volumenmodulationseinheit (5) vorgesehen ist, wobei die Volumenmodulationseinheit (5) dem Vorratsbehälter (3) derart zugeordnet ist, dass mittels der Volumenmodulationseinheit (5) ein Volumen des Füllmediums (2) innerhalb bekannter, vorgegebener Grenzen verändert wird, und dass mittels der Druckbestimmungseinheit (4) ein Druck des Füllmediums (2) bestimmbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil der Volumenmodulationseinheit (5) eine Membran (6) und ein Erreger vorgesehen sind, wobei der Erreger der Membran (6) derart zugeordnet ist, dass beim Betätigen des Erregers die Membran (6) zu Schwingungen angeregt wird, und dass die Membran (6) dem Füllmedium (2) derart zugeordnet ist, dass infolge der Schwingungen der Membran (6) eine Volumenänderung des Füllmediums (2) herbeigeführt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenmodulationseinheit (5) derart ausgebildet ist, dass das Volumen des Füllmediums (2) vergrößert und verkleinert wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllmedium (2) ein Fluid, bevorzugt ein Gas, und/oder als Nutzmedium (1) eine Flüssigkeit oder ein Feststoff vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturerfassungseinheit vorgesehen ist zur Bestimmung einer Temperatur des Füllmediums (2).

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