DE102015105427A1

DE102015105427A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Gasgehalts in einer strömenden Flüssigkeit und Gasgehaltmessgerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102015105427A1
Application number: DE102015105427.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Theisen; Kolja Orlowsky; Andrew Smith; Oliver Gormanns
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Gasgehalts in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere einer Schmiermittelflüssigkeit in einem Verbrennungsmotor, mit wenigstens folgenden Schritten: die Flüssigkeit wird mit einem Druck p₁ einer Messleitung mit einem ersten Messleitungsabschnitt (91) und einem zweiten Messleitungsabschnitt (92) zugeführt; der Druck der Flüssigkeit wird mittels Expansion in einer Drosseleinrichtung (51) in dem hinter der Drosseleinrichtung (51) liegenden zweiten Messleitungsabschnitt (92) auf einen Druck p₂ gesenkt, der geringer ist als der Druck p₁ im ersten Messleitungsabschnitt (91) vor der Drosseleinrichtung (51); Ermittlung des Gehalts an entlöstem Gas durch Volumenstrommessung; dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Messleitungsabschnitt (91) mit einer ersten Volumenstrommesseinrichtung (30) ein erster Volumenstrom

V .₁

der Flüssigkeit gemessen wird und dass in dem hinter der Drosseleinrichtung (51) liegenden zweiten Messleitungsabschnitt (92) mit einer zweiten Volumenstrommesseinrichtung (70) ein zweiter Volumenstrom

V .₂

gemessen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Gasgehalts in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere einer Schmiermittelflüssigkeit in einem Verbrennungsmotor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Gasgehaltmessgerät zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
Die Verschäumung von Motoröl mit Luft im Kurbelraum eines Verbrennungsmotors stellt ein Problem dar, das bei der Motorenentwicklung beachtet werden muss, damit der Motor nicht aufgrund der Ölverschäumung Schaden erleidet. Hierzu ist es erforderlich, den absoluten Gasgehalt im Schmiermittel an verschiedenen Stellen des Kreislaufs messen zu können.
Aus der DE 296 06 210 U1 ist es bekannt, den Gasgehalt in einer Flüssigkeit absolut zu messen, indem zunächst das Volumen einer Flüssigkeitsportion mit darin gelöstem Gas gemessen wird und die Flüssigkeit dann durch eine Blende strömt und mit Unterdruck beaufschlagt wird, so dass das Gas entlöst wird, wonach erneut eine Volumenmessung erfolgt. Durch die Volumendifferenz wird der Gasgehalt ermittelt. Dazu ist es allerdings jeweils erforderlich, eine Flüssigkeitsportion in einem abgetrennten Volumen zu messen. Eine kontinuierliche Gasgehaltsmessung ist nicht möglich.
Aus der DE 10 2006 008 661 B4 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, mit dem eine kontinuierliche Überwachung des Gasgehalts in einer strömenden Flüssigkeit möglich ist. Dazu wird in der Flüssigkeit jeweils vor und nach einer zur Expansion und Scherung vorgesehenen Blende ein konstanter Druck eingeregelt, so dass sich eine konstante Druckdifferenz ergibt. Hieraus wiederum ergibt sich ein konstanter Volumenstrom der unverschäumten Flüssigkeit. Durch Messung des Volumenstroms in der expandierten, verschäumten Flüssigkeit lässt sich somit ermitteln, ob der Gasgehalt einer Flüssigkeit einen bestimmten Wert überschreitet oder nicht. Eine permanente Messung des absoluten Gasgehalts ist damit jedoch nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Gasgehaltmessgerät zur kontinuierlichen Gasgehaltsmessung in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere von Schmiermitteln in Verbrennungsmotoren, so weiterzuentwickeln, dass eine kontinuierliche Ausgabe des absoluten Gasgehaltes mit hoher Genauigkeit möglich ist, wobei sowohl ein stationärer wie auch ein mobiler Einsatz des Gasgehaltmessgeräts in einem Fahrzeug möglich sein sollen.
Zur Lösung schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein zu dessen Durchführung geeignetes Gasgehaltmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vor.
Kerngedanke der Erfindung ist ein Verfahren, den absoluten Gasgehalt einer Flüssigkeit aus der Differenz zweier gemessener Volumenströme zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in verschiedenen Ausgestaltungen durchgeführt werden:
Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens können in der Systemumgebung gegebene Druckdifferenzen genutzt werden, um die Flüssigkeit durch die Drosseleinrichtung zu leiten und dabei vor und nach der Drosseleinrichtung passive Volumenstrommesseinrichtungen zu betreiben. Hierbei werden passive Messgeräte eingesetzt, die einen geringen Fließwiderstand haben, wie beispielsweise ein Flügelrad. Es wird der Volumenstrom tatsächlich gemessen und nicht nur bestimmt, das heißt, dass sich die messbaren Volumenströme als Funktion der gegebenen Druckverhältnisse und Querschnitte der Messleitung einstellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst der Flüssigkeitsstrom stromaufwärts der Drosseleinrichtung mittels einer Pumpe auf einen erhöhten Druck gebracht, so dass auch ungelöste Gase in Lösung gehen.
Der Volumenstrom unter erhöhtem Druck wird dann mittels einer ersten Volumenstrommesseinrichtung gemessen, z.B. mittels einer Zahnradpumpe, einer Messturbine, eines Kolbenzählers, Flügelrad etc., die nahezu drucklos arbeiten, so dass es nicht aufgrund von turbulenten Strömungsverhältnissen oder Druckschwankungen im Inneren der Pumpe zur Entlösung kommt.
Dann wird mittels Blende und Unterdruck sowie optional zusätzlich mit einer in der Messleitung stromabwärts der Blende angeordneten Ultraschallsonde das Gas entlöst und anschließend der Volumenstrom mittels einer zweiten Pumpe, wie z. B. einer Zahnradpumpe, die zugleich für den Unterdruck in ihrem Vorlauf sorgen kann, gemessen.
Die Messung des Volumenstroms der im zweiten Messleitungsabschnitt nach der Entlösung vorliegenden Zwei-Phasen-Strömung ist sorgfältig durchzuführen. Sofern über dem Messgerät eine Druckdifferenz besteht, kann es zu Rückströmungsverlusten, Kompressionsfehlern aufgrund unterschiedlicher Drücke sowie Temperaturänderungen innerhalb der Volumenstrommesseinrichtung kommen. Diese Fehler machen sich als Volumenstrom-Messfehler bemerkbar. Zur Verbesserung der Genauigkeit wird daher vorzugsweise eine Vakuumpumpe getrennt hinter der Volumenstrommesseinrichtung angeordnet, um diese drucklos zu betreiben. Dadurch werden die Pump- und die Messfunktion voneinander getrennt und die Genauigkeit erhöht.
Möglich ist auch, ein aktives Volumenstromessgerät zu verwenden, welches die Druckdifferenz über dem Messgerät aktiv zu null regelt. Hierdurch kann die Genauigkeit der Messvorrichtung nochmals gesteigert werden.
Durch die Messung von Druck und Temperatur der Flüssigkeit an der zweiten Volumenstrommesseinrichtung, vorzugsweise auch an der ersten Volumenstrommesseinrichtung, kann der gemessene Gasgehalt anhand der Gasgesetze rechnerisch normiert werden.
Die gesamte absolute Messgenauigkeit hängt außer von der Genauigkeit der Volumenstrommessung und von den Einflussgrößen Druck und Temperatur vor allem vom Grad der Entlösung in der zweiten Volumenstrommesseinrichtung ab. Als Entlösungsmittel werden hier hauptsächlich eine scharfkantige Blende und Unterduck in dem stromabwärts davon liegenden Teil der Messleitung verwendet. Die Entlösung kann zusätzlich mittels einer Ultraschallquelle und/oder durch Temperaturerhöhung verstärkt werden, wodurch die Genauigkeit der Gasgehaltsmessung weiter gesteigert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Volumenstrom in beiden Messleitungsabschnitten aktiv über wenigstens je eine Pumpe beeinflusst und darüber der Gasgehalt bestimmt.
Dazu ist stromaufwärts oder stromabwärts der Drosseleinrichtung oder an beiden Stellen zugleich je wenigstens eine Pumpe eingesetzt. Im ersten Messleitungsabschnitt ist stromaufwärts der Volumenstrommesseinrichtung eine druckerhöhende Pumpe angeordnet, die bewirkt, dass der Eingangsvolumenstrom unter erhöhtem Druck gemessen wird, so dass alles Gas in Lösung vorliegt. Hinter der Drosseleinrichtung, wobei es sich insbesondere um eine scharfkantige Blende handelt, wird vorzugsweise stromabwärts der Volumenstrommesseinrichtung eine drucksenkende Pumpe eingesetzt. Dort wird unter Unterdruck ein zweiter Volumenstrom gemessen wird, bei dem nahezu alles Gas entlöst ist, also eine getrennte Zwei-Phasen-Strömung vorliegt. Die Differenz der beiden ermittelten Volumenströme gibt den absoluten Gasvolumenstrom an, welcher im Flüssigkeitsstrom enthalten ist, insbesondere im Motoröl, das z.B. im Rückstrom zur Ölpumpe oder hinter der Ölpumpe oder auch an einer anderen Entnahmestelle untersucht wird.
Auch bei den vorgenannten Varianten stellen sich die Volumenströme als Funktion der Druckverhältnisse ein, wobei im Unterschied zu der ersten Variante des Verfahrens eben nicht herrschende Systemdrücke anliegen und den Volumenstrom sowie den Grad der Gasentlösung beeinflussen, sondern über die wenigstens eine zusätzlich zur Volumenstrommesseinrichtung installierte Pumpe gezielt Drücke einstellbar sind.
Die Genauigkeit wird deutlich verbessert, wenn insbesondere im Zweiphasengemisch Drücke und Temperaturen gemessen und rechnerisch berücksichtigt werden, um den Gasanteil genauer bestimmen zu können.
Eine weitere Druck- und Temperaturmessung auf der Eingangsseite ermöglicht zudem auch noch Volumenänderungen der Flüssigkeit zu berücksichtigen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn drehzahlgeregelte Pumpen mit konstantem Fördervolumen eingesetzt werden. Diese können als druckerzeugende oder drucksenkende Pumpe eingesetzt werden, aber auch als Volumenstrommesseinrichtung. Schließlich können Pumpfunktion und Volumenstrommessfunktion zugleich in derselben Pumpe umgesetzt werden.
Eine „Volumenstrommessung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist also nicht nur die Ermittlung eines Messwertes über einen geeigneten Sensor für einen Volumenstrom, der sich in Abhängigkeit gegebener Drücke und Querschnitte passiv einstellt.
Eine „Volumenstrommessung“ schließt erfindungsgemäß auch ein, dass der Volumenstrom der Flüssigkeit nicht allein durch externe Drücke beeinflusst wird, sondern dass durch Verwendung drehzahlgeregelter, angetriebener Pumpen eine Volumenstromdifferenz quasi vorgegeben wird, um das Löse- und Entlöseverhalten des Gases in der Flüssigkeiten positiv zu beeinflussen und darüber Messfehler zu minimieren.
Bei dieser Verfahrensvariante der Erfindung wird also eine einzige Pumpe im ersten Messleitungsabschnitt und/oder eine einzige Pumpe im zweiten Messleitungsabschnitt eingesetzt. Es wird dann eine Drehzahl an der ersten Pumpe so eingestellt, dass der Druck im ersten Messleitungsabschnitt konstant bleibt. Zugleich wird im zweiten Messleitungsabschnitt an der dortigen Pumpe eine zweite Drehzahl eingestellt, so dass dort ein konstanter Druck von höchstens 1 bar herrscht, der in jedem Fall deutlich niedriger ist als der erste Druck. Mit den Drehzahldifferenzen und den bekannten Kammervolumina der Pumpen kann nun eine Volumenstromdifferenz rechnerisch ermittelt werden, aus der wiederum durch Bezug auf den Eingangsvolumenstrom der absolute Gasgehalt der Flüssigkeit berechnet werden kann.
Die „Messung“ des absoluten Gasgehaltes in einer Flüssigkeit ist sehr genau, ungeachtet der Tatsache, dass der abstromseitige Volumenstrom sich nicht nur als Funktion des in dem zweiten Messleitungsabschnitt herrschenden Druckes ergibt, sondern aktiv durch eine Steuerung vorgegeben worden ist. Der durch die vorgegebenen Drehzahlen resultierende Messfehler ist bereits ohne weitere Korrekturen recht klein, denn viel entscheidender ist es, im ersten Messleitungsabschnitt durch Druckerhöhung möglichst alles Gas in Lösung zu zwingen und den Strom einer nahezu reinen Flüssigkeit ohne Gasphase messen zu können, und dann mit entsprechend starkem Druckgefälle eine sehr starke Entlösung des Gases aus der Flüssigkeit zu erreichen.
Obwohl also der Volumenstrom bei dieser Verfahrensvariante eher eine Stellgröße als eine Messgröße darstellt, lassen sich dennoch gute Messergebnisse erzielen, und zwar indem Druck und Temperatur des Zweiphasengemisches bei der zweiten Volumenstrommesseinrichtung gemessen werden und dann eine Normierung des aus der Volumenstromdifferenz ermittelten Gasgehaltes erfolgt. Denn dreht die stromabwärts angeordnete Volumenstrommesseinrichtung, die ja bei dieser Ausführungsform eine angetriebene Pumpe ist, zu schnell, so senkt sie den Druck in dem zweiten Messleitungsabschnitt und es wird mehr Gas aus der Flüssigkeit entlöst. Das Gasvolumen ist dann war absolut vergrößert gegenüber einem Betriebszustand mit höherem Druck an dieser Stelle. Aufgrund der Messung von Druck und Temperatur des Gases und einer rechnerischen Korrektur der ermittelten Gasmenge über die Gasgesetze wird der scheinbare Fehler behoben.
Bei einem künstlich durch höhere Pumpendrehzahl gesenkten Druck stromabwärts der Drossel gilt dasselbe: es wird zwar weniger Gas entlöst, dabei ist aber auch der gemessene Druck niedriger.
Notwendig ist also nur, dass ein so großes Druckgefälle an der Drosseleinrichtung besteht, dass es zu einer deutlichen Gasentlösung kommt. Mit nur zwei als Volumenstrommesseinrichtung verwendeten drehzahlgesteuerten Pumpen, einem Manometer und einem Thermometer lässt sich erfindungsgemäß also eine präzise, kontinuierliche Messung des absoluten Gasgehalts in einer Flüssigkeit erreichen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die jeweils mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben werden. Die Figuren zeigen jeweils in einem schematischen Schaltbild:
1 ein erstes Gasgehaltmessgerät gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
2 ein zweites Gasgehaltmessgerät gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
3 ein drittes Gasgehaltmessgerät gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform und
4 ein viertes Gasgehaltmessgerät gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform.
In 1 ist ein Gasgehaltsmessgerät 100 in seiner Grundform schematisch dargestellt.
Die zu untersuchende Flüssigkeit gelangt durch eine Zulaufleitung 11 in das Gasgehaltmessgerät 100. Solange der Messbetrieb nicht gestartet ist oder im Falle eines unzulässigen Betriebszustandes wie einem zu hohen Druck oder einer zu hohen Temperatur wird der komplette Eingangsvolumenstrom über ein Bypassventil 10 und eine Bypassleitung 13 in eine Rücklaufleitung 12 geleitet.
Kann die Messung durchgeführt werden, so wird die Flüssigkeit durch das Bypassventil 10 hindurch in einen ersten Messleitungsabschnitt 91 geleitet, der sich bis zu einer Blende 51 erstreckt, die der Expansion und Scherung der Flüssigkeit dient.
In dem ersten Messleitungsabschnitt 91 ist eine erste Volumenstrommesseinrichtung 30 angeordnet. Weiterhin werden in dem ersten Messleitungsabschnitt 91 mit einem Drucksensor 41 der Druck p₁ der Flüssigkeit und mit einem Temperatursensor 40 die Temperatur T₁ der Flüssigkeit gemessen. Die Messwerte p₁, T₁ werden der Steuereinheit 80 zugeführt.
An einer Drossel 50 erfolgt eine starke Scherung und Expansion der Flüssigkeit, so dass das darin zuvor gelöste Gas in Form von Gasblasen ausfällt.
In der somit entstehenden Zwei-Phasen-Strömung erfolgt mit einem weiteren Drucksensor 61 eine Messung eines Drucks p₂ und mit einem weiteren Temperatursensor 60 eine Messung einer zweiten Temperatur T₂. Außerdem wird mit einer zweiten Volumenstrommesseinrichtung 70 der Volumenstrom V .₂ in dem zweiten Messleitungsabschnitt 92 gemessen. Von der zweiten Volumenstrommesseinrichtung 70 strömt die Flüssigkeit über die Rücklaufleitung 12 zurück in den Kreislauf.
Durch Berücksichtigung der Ausgangswerte in der Flüssigkeit, dem ersten Druck p₁ und der ersten Temperatur T_1., können auch Zustandsänderungen in der Flüssigkeit im Verlauf der Messleitung erfasst und rechnerisch kompensiert werden.
Bei einem zweiten Gasgehaltsmessgerät 100‘, das in 2 schematisch dargestellt ist, ist im Vergleich zur 1 zunächst die in dem ersten Messleitungsabschnitt 91 eingerahmte Baugruppe hinzugekommen, die folgende Teile umfasst:
eine Pumpe 20 als Druckerzeuger;
einen Temperatursensor 42 zur Messung einer dritten Temperatur T₃ und
einen Drucksensor zur Messung eines dritten Drucks p₃.
Mit der Pumpe 20 wird der Druck im ersten Messleitungsabschnitt 91 erhöht, um ggf. an dieser Stelle noch vorhandene Gasblasen in Lösung zu zwingen und bei der ersten Volumenstrommesseinrichtung 30 den Volumenstrom der reinen Flüssigkeit mit ausschließlich gelösten Gasanteilen messen zu können. Die zusätzlichen Druck- und Temperatursensoren 42, 43 dienen dazu, mit den ohnehin vorhandenen Sensoren 40, 41 eine Druckdifferenzregelung über die erste Volumenstrommesseinrichtung 30 hinweg zu bewirken. Die dafür verwendete drehzahlgeregelte Pumpe wird so betrieben, dass die Drücke p₃, p₁ vor und hinter der Volumenstrommesseinrichtung 30 nahezu gleich sind und über die Volumenmesseinrichtung 30 somit kein Druckgefälle besteht. Damit wird sichergestellt, dass es nicht aufgrund von turbulenten Strömungsverhältnissen oder Druckschwankungen im Inneren der insbesondere als Pumpe ausgebildeten Volumenmesseinrichtung 30 zur Entlösung des Gases kommt.
Die anschließende Entlösung des Gases findet an einer Drosseleinrichtung 51 in Form einer Blende statt. Eine Ultraschallsonde 52 verstärkt die Entlösung noch. Stromabwärts werden Druck, Temperatur und der Volumenstrom gemessen, wie bei der ersten Ausführungsform eines Gasgehaltsmessgeräts 100. Die Volumenstrommesseinrichtung 70 in dem zweiten Messleitungsabschnitt 92 ist wiederum in Form einer Pumpe mit konstantem Kammervolumen ausgeführt.
Bei der Ausführungsform nach 2 ist im Vergleich zur 1 auch stromabwärts, in dem zweiten Messleitungsabschnitt 92, eine Baugruppe hinzugekommen, die mit eine gestrichelten Linie eingerahmt ist und die folgende Teile umfasst:
einen Unterdruckerzeuger (Pumpe 71)
einen Temperatursensor 62 zur Messung einer vierten Temperatur T4 und
einen Drucksensor zur Messung eines vierten Drucks p4.
Die zusätzlichen Druck- und Temperatursensoren dienen wiederum, wie im ersten Messleitungsabschnitt 91 auch, dazu, den Differenzdruck über der Volumenstrommesseinrichtung 70 minimieren zu können, und nachteilige Effekte wie Rückströmungsverluste, Kompressionsfehler aufgrund unterschiedlicher Drücke sowie Temperaturänderungen innerhalb der Volumenstrommesseinrichtung zu vermeiden, die sich als Volumenstrom-Messfehler bemerkbar machen würden.
Der Unterdruckerzeuger (Pumpe 71) ist zur Erhöhung der Genauigkeit vorgesehen, denn darüber kann in dem ganzen zweiten Messleitungsabschnitt 92, der ab der Drosseleinrichtung 51 beginnt, ein einheitlicher Druck p₂ eingestellt werden, der wenigstens so niedrig liegt, wie ein sich ohne Druckregelung, bei gegebenen Drücken im ersten Messleitungsabschnitt 91 und in der Rücklaufleitung 12 einstellender Druck, insbesondere aber sogar darunter.
Dadurch werden die Pump- und die Messfunktion im zweiten Messleitungsabschnitt voneinander getrennt und die Genauigkeit der Messung wird somit erhöht. Der im gesamten zweiten Messleitungsabschnitt 92 wirkende Unterdruck begünstigt zudem die Entlösung des Gases aus der Flüssigkeit.
Während die Gasgehaltsmessgeräte 100, 100‘ nach den 1 und 2 jeweils passiv wirkende Volumenstrommesseinrichtungen 70 sind, sind die baulich gleichartigen Volumenstrommesseinrichtungen 70 im zweiten Messleitungsabschnitt 92 in den nachfolgende beschriebenen Ausführungsformen nach den 3 und 4 aktiv angetrieben.
Die Funktion ist baulich ähnlich zu den vorstehend beschrieben Ausführungsformen, jedoch liegt den Gasgehaltsmessgeräten 200, 200‘ nach den 3 und 4 ein anderes Messverfahren zugrunde:
Die Flüssigkeit wird durch das Bypassventil 10 hindurch in einen ersten Messleitungsabschnitt 91 geleitet, der sich bis zu einer Drosseleinrichtung 51 erstreckt, die der Expansion und Scherung der Flüssigkeit dient. In dem ersten Messleitungsabschnitt 91 ist eine erste Volumenstrommesseinrichtung 30 angeordnet, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Pumpe mit konstantem Fördervolumen ausgebildet ist, deren Antrieb drehzahlgeregelt ist. Die Drehzahl n₁ des Antriebs wird bei diesem Ausführungsbeispiel von einer Steuereinheit 80 ausgewertet, um mit Hilfe des bekannten Kammervolumens der Pumpe einen ersten Volumenstrom V .₁ zu berechnen. Fördereinrichtung und Volumenstrommesseinrichtung sind somit bei diesem Ausführungsbeispiel durch dieselbe Pumpe 30 gebildet.
Weiterhin werden in dem ersten Messleitungsabschnitt 91 mit einem Drucksensor 41 der Druck p₁ der Flüssigkeit und mit einem Temperatursensor 40 die Temperatur T₁ der Flüssigkeit gemessen. Die Messwerte p₁, T₁ werden der Steuereinheit 80 zugeführt.
An einer Drosseleinrichtung 51 erfolgt eine starke Scherung und Expansion der Flüssigkeit, so dass das darin zuvor gelöste Gas in Form von Gasblasen ausfällt. Die Entlösung wird durch eine nachgeschaltete Ultraschallsonde noch verstärkt, so dass stromabwärts der beiden Einrichtungen 51, 52 allenfalls nur noch eine sehr geringe, vernachlässigbare Gasmenge in der Flüssigkeit gelöst bleibt.
In der somit entstehenden Zwei-Phasen-Strömung erfolgt mit einem weiteren Drucksensor 61 eine Messung eines Drucks p₂ und mit einem weiteren Temperatursensor 60 eine Messung einer zweiten Temperatur T₂. Außerdem wird mit einer zweiten Volumenstrommesseinrichtung 70 der Volumenstrom V .₂ in dem zweiten Messleitungsabschnitt 92 gemessen. Die zweite Volumenstrommesseinrichtung 70 ist wieder als Pumpe mit konstantem Fördervolumen ausgebildet, deren Antrieb drehzahlgeregelt ist. Von der zweiten Volumenstrommesseinrichtung 70 strömt die Flüssigkeit über die Rücklaufleitung 12 zurück in den Kreislauf. Durch die Verwendung je einer drehzahlgeregelten Pumpe zur Volumenstrommessung ist das Gasgehaltmessgerät 200 weitestgehend unabhängig vom Gegendruck in der Rücklaufleitung 12.
Um den absoluten Gasgehalt zu berechnen, wird nun rechnerisch die Differenz der Volumenströme V .₁ , V .₂ ermittelt und die Differenz in Relation zu dem ersten Volumenstrom V .₁ gesetzt. Bei baugleichen Pumpen als erste und zweite Volumenstrommesseinrichtung 30, 70 kann auch direkt die Drehzahldifferenz n₂ – n₁ ermittelt werden. Außerdem werden in jedem Fall die Druck- und Temperaturwerte p₂, T₂ aus dem zweiten Messleitungsabschnitt 92 in der Steuereinheit 80 mit berücksichtigt, um als Ergebnis einen normierten absoluten Ist-Wert für den Gasgehalt in der Flüssigkeit auszugeben.
Durch Berücksichtigung der Ausgangswerte in der Flüssigkeit, dem ersten Druck p₁ und der ersten Temperatur T_2., können auch Zustandsänderungen in der Flüssigkeit im Verlauf der Messleitung erfasst und rechnerisch kompensiert werden.
Das Gasgehaltmessgerät 200‘ nach 4 stimmt mit dem Gasgehaltmessgerät 200 aus 3 weitgehend überein. Auf der Zuströmseite sind eine weitere Pumpe 20 zur Druckerhöhung sowie weitere Druck- und Temperatursensoren 42, 43 vorgesehen. Damit ist es möglich, die Volumenstrommesseinrichtung 30 drucklos zu betreiben und Messfehler aufgrund von Turbulenzen usw. innerhalb der Volumenstrommesseinrichtung 30 zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

10: Bypassventil
11: Zulaufleitung
12: Rücklaufleitung
13: Bypassleitung
20: Pumpe
30: erste Volumenstrommesseinrichtung
40: Temperatursensor
41: Drucksensor
42: Temperatursensoren
43: Drucksensor
50: Drosseleinrichtung
51: Drosseleinrichtung
52: Ultraschallsonde
61: Temperatursensor
62: Temperatursensor
70: zweite Volumenstrommesseinrichtung
71: Pumpe
80: Steuereinheit
91: erster Messleitungsabschnitt
92: zweiter Messleitungsabschnitt
100, 100‘: Gasgehaltmessgerät
200, 200‘: Gasgehaltmessgerät
P₁: Druck
P₂: Druck
P₃: Druck
T₁: Temperatur
T₂: Temperatur
T₃: Temperatur
T₄: Temperatur
n₁: Drehzahldifferenz
n₂: Drehzahldifferenz
V .₂: Volumenstrom
V .₁: Volumenstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29606210 U1 [0003]
DE 102006008661 B4 [0004]

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Gasgehalts in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere einer Schmiermittelflüssigkeit in einem Verbrennungsmotor, mit wenigstens folgenden Schritten: – die Flüssigkeit wird mit einem Druck p₁ einer Messleitung mit einem ersten Messleitungsabschnitt (91) und einem zweiten Messleitungsabschnitt (92) zugeführt; – der Druck der Flüssigkeit wird mittels Expansion in einer Drosseleinrichtung (51) in dem hinter der Drosseleinrichtung (51) liegenden zweiten Messleitungsabschnitt (92) auf einen Druck p₂ gesenkt, der geringer ist als der Druck p₁ im ersten Messleitungsabschnitt (91) vor der Drosseleinrichtung (51); – Ermittlung des Gehalts an entlöstem Gas durch Volumenstrommessung; dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Messleitungsabschnitt (91) mit einer ersten Volumenstrommesseinrichtung (30) ein erster Volumenstrom V .₁ der Flüssigkeit gemessen wird und dass in dem hinter der Drosseleinrichtung (51) liegenden zweiten Messleitungsabschnitt (92) mit einer zweiten Volumenstrommesseinrichtung (70) ein zweiter Volumenstrom V .₂ gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Volumenstrommesseinrichtung (30) und/oder zweites Volumenstrommesseinrichtung (70) jeweils eine drehzahlgeregelte Pumpe mit konstantem Fördervolumen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einem ersten Messleitungsabschnitt (91) über eine Druckregeleinheit auf einen Druck p₁ erhöht und konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck p₂ im zweiten Messleitungsabschnitt (92) konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hinter der Drosseleinrichtung (51) liegenden zweiten Messleitungsabschnitt (92) neben dem zweiter Volumenstrom V .₂ ein zweiter Druck p₂ und eine zweite Temperatur T₂ der Flüssigkeit gemessen werden und dass der Anteil des entlösten Gases kontinuierlich als Absolutwert ermittelt wird durch: – Berechnung des Gasvolumens durch Differenzbildung der Volumenströme V .₁, V .₂ und Bezug der Differenz auf den ersten Volumenstrom V .₁, – Normierung des Gasvolumens unter Berücksichtigung des zweiten Drucks p₂ und der zweiten Temperatur T₂.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der Flüssigkeit mit entlöstem Gas im zweiten Messleitungsabschnitt (92) mittels einer Volumenstrommesseinrichtung (70) gemessen wird, die drucklos betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz über der Volumenstrommesseinrichtung (70) zu null geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Volumenstrommesseinrichtung (70) ein Unterdruck p₂ < 1bar mittels einer drucksenkenden Pumpe (71) eingeregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasung der Flüssigkeit mittels einer hinter der Drosseleinrichtung (51) im zweiten Messleitungsabschnitt (92) angeordneten Ultraschallsonde (52) verstärkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasung der Flüssigkeit im zweiten Abschnitt der Messleitung (92) durch Temperaturerhöhung verstärkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Messleitungsabschnitt (91) kontinuierlich folgende Werte der Flüssigkeit gemessen werden: – ein erster Volumenstrom V .₁, – der erste Druck p₁ und – eine erste Temperatur T₁.
Gasgehaltmessgerät (100; 100’; 200; 200’) zur kontinuierlichen Messung des Gasgehalts in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere einer Schmiermittelflüssigkeit in einem Verbrennungsmotor, das wenigstens umfasst: – eine Messleitung mit zwei Messleitungsabschnitten (91, 92), die durch eine Drosseleinrichtung (50, 51) voneinander getrennt sind; – eine stromabwärts der Drosseleinrichtung (51) in einem zweiten Messleitungsabschnitt (92) angeordnete Volumenstrommesseinrichtung (70); – eine Steuereinheit (80); dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Messleitungsabschnitt (91) eine weitere Volumenstrommesseinrichtung (30) angeordnet ist.
Gasgehaltmessgerät (100; 100’; 200; 200’) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in dem zweiten Messleitungsabschnitt (92) jeweils wenigstens ein Temperatursensor (60, 62) und ein Drucksensor (61, 63) angeordnet sind.
Gasgehaltmessgerät (100’; 200; 200’) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstrommesseinrichtungen (30, 70) jeweils durch eine drehzahlgeregelte Pumpe mit konstantem Fördervolumen gebildet sind.
Gasgehaltmessgerät (100’; 200; 200’) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Messleitungsabschnitt (91) eine druckerhöhende Pumpe (20) angeordnet ist.
Gasgehaltmessgerät (100‘) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Volumenstrommesseinrichtung (70) eine drucksenkende Pumpe (71) angeordnet ist.
Gasgehaltmessgerät (100‘) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die druckerhöhende Pumpe (20) und die Volumenstrommesseinrichtung (30) jeweils durch eine drehzahlgeregelte Pumpe mit konstantem Fördervolumen gebildet sind.
Gasgehaltmessgerät (200; 200’) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (20) und die Volumenstrommesseinrichtung (30) durch dieselbe drehzahlgeregelte Pumpe mit konstantem Fördervolumen gebildet sind.
Gasgehaltmessgerät (100’; 200; 200’) nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Drosseleinrichtung (51), im zweiten Messleitungsabschnitt (92) eine Ultraschallsonde (52) angeordnet ist.
Gasgehaltmessgerät (100; 100’; 200; 200’) nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Messleitungsabschnitt (91) jeweils wenigstens ein Temperatursensor (60, 62) und ein Drucksensor (61, 63) angeordnet sind.
Gasgehaltmessgerät (100’) nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils vor und nach der Volumenstrommesseinrichtung (30, 70) wenigstens ein Temperatursensor (60, 62) und ein Drucksensor (61, 63) angeordnet sind.