DE102020111029A1 - Messvorrichtung zum optischen Messen einer Flüssigkeit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (1) zum optischen Messen einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, umfassend ein Durchflusszelle (2) mit einem Gehäuse (7), einem im Gehäuse (7) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (6) zum Fördern der Flüssigkeit, und einem im Gehäuse (7) ausgebildeten, den Flüssigkeitskanal (6) schneidenden Lichtkanal (8) zum Durchleiten von Licht durch die Flüssigkeit zum optischen Messen, wobei der Flüssigkeitskanal (6) einen unrunden Querschnitt aufweist. Ferner wird eine Blasenabscheidevorrichtung gezeigt.

Description

  • Vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum optischen Messen einer Flüssigkeit, insbesondere Öl. Ferner zeigt die Erfindung eine Blasenabscheidevorrichtung, die insbesondere vor der Messvorrichtung verwendet wird. Sowohl die Messvorrichtung als auch die Blasenabscheidevorrichtung können zusammen in einer hier gezeigten Anordnung zum optischen Messen verwendet werden.
  • Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Systeme zum Detektieren (Messen) von Dieselkraftstoff im Motoröl bekannt. Die konkrete Messaufgabe liegt zum Beispiel darin, die Konzentration von Dieselkraftstoff, insbesondere die leicht siedenden Anteile, den Bioanteil (z.B. Fettsäuremethylester) und den Rußgehalt, im Motoröl zu bestimmen.
  • Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine entsprechende Messvorrichtung anzugeben, mit der ein optisches Messen an einer Flüssigkeit, insbesondere an Öl, auf einfache und schnelle Weise möglich ist.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
  • Es ist eine Messvorrichtung zum optischen Messen einer Flüssigkeit vorgesehen. Bei der Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um Öl. Das Öl ist vorzugsweise Motoröl aus einem Verbrennungsmotor. Bei dem Verbrennungsmotor handelt es sich insbesondere um einen Dieselmotor, sodass anhand der optischen Messung festgestellt werden kann, wie viel Dieselkraftstoff sich in das Motoröl gemischt hat.
  • Die Messvorrichtung umfasst eine Durchflusszelle. Durch diese Durchflusszelle wird während der Messung kontinuierlich die zu messende Flüssigkeit gepumpt. Hierzu umfasst die Durchflusszelle ein Gehäuse. In dem Gehäuse ist ein Flüssigkeitskanal ausgebildet. Der Flüssigkeitskanal dient zum Fördern der Flüssigkeit durch die Durchflusszelle. Insbesondere verläuft der Flüssigkeitskanal geradlinig durch das Gehäuse.
  • Ferner ist in dem Gehäuse ein Lichtkanal ausgebildet. Der Lichtkanal schneidet den Flüssigkeitskanal. Insbesondere verläuft der Lichtkanal geradlinig durch das Gehäuse. Insbesondere stehen der Lichtkanal und der Flüssigkeitskanal senkrecht zueinander. Der Lichtkanal ist zum Durchleiten von Licht durch die Flüssigkeit und somit zum optischen Messen der Flüssigkeit ausgebildet.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass Gasblasen, insbesondere Luftblasen, in der zu messenden Flüssigkeit bei der optischen Messung störend sind. Um diesen störenden Einfluss der Blasen zu vermeiden, wurde erfindungsgemäß erkannt, dass der Flüssigkeitskanal einen unrunden Querschnitt aufweisen soll. Diesen unrunden Querschnitt hat der Flüssigkeitskanal in dem Bereich, in dem sich der Flüssigkeitskanal mit dem Lichtkanal schneidet. Der unrunde Querschnitt hat zur Folge, dass sich die Blasen nicht mittig durch den Flüssigkeitskanal bewegen, sondern sich beispielsweise im oberen Bereich des unrunden Querschnitts sammeln. Das Licht, das durch den Lichtkanal geführt wird, weist insbesondere einen runden Querschnitt auf und kann den Flüssigkeitskanal derart schneiden, dass es durch einen Bereich der Flüssigkeit läuft, in dem möglichst wenig Blasen vorhanden sind. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der Flüssigkeitskanal horizontal ausgerichtet ist, sodass sich schwerkraftbedingt die Blasen im oberen Bereich des unrunden Querschnitts sammeln.
  • Der Querschnitt des Flüssigkeitskanals ist vorzugsweise oval ausgebildet. Das Oval steht vorzugsweise aufrecht: Am Oval sind in Analogie zu einer Ellipse eine Hauptachse und eine Nebenachse definiert. Die Hauptachse ist länger als die Nebenachse. Die beiden Achsen stehen senkrecht zueinander. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Nebenachse des ovalen Querschnitts parallel zur Horizontalen ausgerichtet ist, sodass sich die Blasen im oberen Bereich des aufrecht stehenden ovalen Querschnitts sammeln.
  • Besonders bevorzugt beträgt die Länge der Hauptachse zumindest das 1,2-fache, vorzugsweise zumindest das 1,5-fache, der Länge der Nebenachse. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist der ovale Querschnitt möglichst schlitzförmig ausgestaltet, wobei die Hauptachse zumindest das 3-fache der Länge der Nebenachse beträgt.
  • An dem Gehäuse der Durchflusszelle ist vorzugsweise eine erste Aufnahme zum Anschluss einer Lichtquelle an den Lichtkanal ausgebildet. Die Lichtquelle kann hier direkt angeschlossen werden oder über einen entsprechenden Lichtleiter mit dieser Aufnahme verbunden werden.
  • Des Weiteren ist bevorzugt eine zweite Aufnahme zum Anschluss eines lichtempfangenden Lichtleiters an den Lichtkanal vorgesehen. Über diesen zweiten Anschluss wird insbesondere ein Lichtleiter angeschlossen, der zur Messeinheit führt.
  • Des Weiteren ist bevorzugt eine dritte Aufnahme zum Anschluss einer Zuleitung an den Flüssigkeitskanal und/oder eine vierte Aufnahme zum Anschluss einer Ableitung an den Flüssigkeitskanal vorgesehen. An der dritten und vierten Aufnahme zum Anschluss der Zuleitung bzw. Ableitung weist die entsprechende Bohrung im Gehäuse insbesondere einen runden Querschnitt auf, der sich zum Anschließen der entsprechenden Leitungen eignet. Der runde Querschnitt geht zur Mitte des Gehäuses in den unrunden Querschnitt des Flüssigkeitskanals über.
  • Die entsprechenden Aufnahmen können beliebig ausgestaltet sein um ihren Zweck zu erfüllen.
  • Die Messvorrichtung umfasst vorzugsweise die beschriebene Lichtquelle, die insbesondere an der ersten Aufnahme des Gehäuses angeschlossen ist und den beschriebenen Lichtleiter, der insbesondere an der zweiten Aufnahme des Gehäuses angeschlossen ist.
  • Ferner umfasst die Messvorrichtung vorzugsweise eine Messeinheit. Die Messeinheit ist über den Lichtleiter optisch leitend mit dem Lichtkanal verbunden.
  • Die Messeinheit dient in ihrer einfachsten Ausgestaltung lediglich zum Aufzeichnen der empfangenen Lichtsignale. Direkt in der Messeinheit oder in einer übergeordneten oder nachgeordneten Einheit erfolgt vorzugsweise eine Analyse der FTNIR-Spektren der Flüssigkeit. Basierend auf diesen Spektren kann mittels Chemometrie insbesondere die Konzentration der leicht siedenden Anteile, des Bioanteils (z.B. Fettsäuremethylester) und des Rußgehalts in der Flüssigkeit, insbesondere im Motoröl ermittelt, werden.
  • Die Erfindung zeigt ferner eine Blasenabscheidevorrichtung. Diese wird insbesondere vor der oben beschriebenen Messvorrichtung verwendet, sodass die zu messende Flüssigkeit zunächst durch die Blasenabscheidevorrichtung und im Anschluss durch die Messvorrichtung läuft.
  • Die Blasenabscheidevorrichtung umfasst einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal. Die beiden Kanäle können beispielsweise durch entsprechende Bohrungen in einem Gehäuse oder aber durch entsprechende Anordnung von sonstigen Leitungen verwirklicht werden. Der erste Kanal dient zum Fördern der Flüssigkeit, insbesondere des Öls von einem Zulauf zu einem Ablauf des ersten Kanals. So bildet ein Ende des ersten Kanals den Zulauf. Das andere Ende des ersten Kanals bildet den Ablauf.
  • Vom ersten Kanal zweigt der zweite Kanal ab. Der zweite Kanal dient zum Abführen von Gasblasen aus dem ersten Kanal bzw. aus der Flüssigkeit im ersten Kanal. Dabei können die Gasblasen zusammen mit einem Teil der Flüssigkeit abgeführt werden.
  • In diversen Versuchen hat sich gezeigt, dass die beiden Kanäle zur effektiven Blasenabscheidung in entsprechenden Winkeln zueinander anzuordnen sind. Der erste Kanal wird gegenüber der Horizontalen mit einem Winkel von 45 Grad angeordnet, wobei sich die effiziente Blasenabscheidung auch ergibt, wenn der erste Kanal mit einem Winkel von 35 Grad bis 55 Grad, vorzugsweise 40 Grad bis 50 Grad gegenüber der Horizontalen angeordnet ist. Dabei ist stets der Zulauf höher als der Ablauf; die Flüssigkeit fließt in dem ersten Kanal also von oben nach unten.
  • Der zweite Kanal zweigt horizontal ab. Dementsprechend ist der zweite Kanal parallel zur Horizontalen angeordnet, wobei sich die vorteilhafte Blasenabscheidung auch einstellt, wenn der zweite Kanal mit einer Abweichung von -10 Grad bis + 10 Grad, insbesondere -5 Grad bis +5 Grad, zur Horizontalen angeordnet ist. Die Abzweigung ist dabei so angeordnet, dass sich zwischen dem abzweigenden zweiten Kanal und dem Ablauf ersten Kanals ein spitzer Winkel ergibt.
  • Die Durchmesser des ersten Kanals und zweiten Kanals sind vorzugsweise gleich groß. Allerdings ist auch vorgesehen, dass sich die beiden Durchmesser um höchstens 30 %, vorzugsweise höchstens 15 %, voneinander unterscheiden. Auch bei solch leicht voneinander abweichenden Durchmessern wurde im Versuch eine gut funktionierende Blasenabscheidung beobachtet.
  • Bevorzugt umfasst die Erfindung eine Anordnung zum optischen Messen einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, umfassend die beschriebene Messvorrichtung und die beschriebene Blasenabscheidevorrichtung, wobei der Ablauf der Blasenabscheidevorrichtung an den Flüssigkeitskanal der Messvorrichtung angeschlossen ist, sodass die Flüssigkeit zunächst durch die Blasenabscheidevorrichtung und anschließend durch die Messvorrichtung fließt.
  • Besonders bevorzugt ist der Zulauf der Blasenabscheidevorrichtung sowie die Ableitung am Flüssigkeitskanal der Messvorrichtung fluidleitend mit einem Verbrennungsmotor verbunden. Insbesondere erfolgt die Verbindung mit einer Motorölwanne des Verbrennungsmotors.
  • So kann mittels einer entsprechenden Pumpe Motoröl aus der Motorölwanne abgepumpt und über die Blasenabscheidevorrichtung in die Messvorrichtung, insbesondere in die Durchflusszelle, gefördert werden. Von der Durchflusszelle aus fließt das Motoröl wieder zurück in die Motorölwanne.
  • Besonders bevorzugt wird vor dem Blasenabscheider ein Wärmetauscher angeordnet, um das Motoröl entsprechend zu kühlen. Vor der Messvorrichtung kann ein Durchlauferhitzer eingesetzt werden, um das unter Umständen zu weit abgekühlte Motoröl wieder auf eine für die Messung optimale Temperatur zu erhöhen.
  • Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zum optischen Messen einer Flüssigkeit, insbesondere von Öl. Das Verfahren verwendet insbesondere die vorab beschriebene Anordnung zum optischen Messen. Bei dem Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass während des Betriebs eines Verbrennungsmotors Motoröl aus dem Verbrennungsmotor entnommen wird, durch die beschriebene Messvorrichtung geleitet wird und wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. In der Messvorrichtung erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise ein Messen der Flüssigkeit mittels Lichtes. Das durch die Flüssigkeit hindurch getretene Licht wird vorzugsweise mittels der beschriebenen Messeeinheit ausgewertet.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung,
    • 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
    • 3 den in 2 gekennzeichneten Schnitt A-A,
    • 4 den in 3 gekennzeichneten Schnitt B-B,
    • 5 das in 4 gekennzeichnete Detail V, und
    • 6 eine erfindungsgemäße Blasenabscheidevorrichtung.
  • Im Folgenden wird anhand der 1 bis 6 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Anordnung 100 mit einer Messvorrichtung 1 und einer Blasenabscheidevorrichtung 50 im Detail erläutert.
  • 1 zeigt rein schematisch die Anordnung 100 mit einer Motorölwanne 101 eines Verbrennungsmotors, einem Wärmetauscher 102, einer Pumpe 103, einem Durchlauferhitzer 104 sowie der Messvorrichtung 1 und der Blasenabscheidevorrichtung 50.
  • Durch entsprechend fluidleitende Verbindungen ist die Blasenabscheidevorrichtung 50 mit der Motorölwanne 101 verbunden. Zwischen Blasenabscheidevorrichtung 50 und Motorölwanne 101 befindet sich der Wärmetauscher 102 zum Kühlen des Motoröls sowie die Pumpe 103 zum Fördern. Zwischen der Blasenabscheidevorrichtung 50 und der Messvorrichtung befindet sich der Durchlauferhitzer 104. Von der Messvorrichtung 1 führt ein Rücklauf zurück zur Motorölwanne 101.
  • Die Messvorrichtung 1 umfasst die in 1 rein schematisch gezeigte Durchflusszelle 2, eine Messeinheit 3, eine Lichtquelle 4 und einen Lichtleiter 5. Die Leitquelle 4 ist an der Durchflusszelle 2 angeordnet. Das durch die Flüssigkeit hindurch geführte Licht wird über den Lichtleiter 5 zur Messeinrichtung 3 geführt. In der Messeinrichtung 3 erfolgt das Auswerten des Lichtes, wie dies im allgemeinen Teil der Beschreibung erklärt wurde.
  • 2 bis 5 zeigen im Detail die Durchflusszelle 2. 2 zeigt eine Seitenansicht. 3 zeigt den Schnitt A-A, 4 zeigt den Schnitt B-B und 5 zeigt das Detail V.
  • Die Durchflusszelle 2 umfasst ein Gehäuse 7 mit darin ausgebildetem Flüssigkeitskanal 6 und Lichtkanal 8. Die beiden Kanäle 6, 8 stehen senkrecht zueinander und jeweils parallel zur Horizontalen 200.
  • An den zwei Enden des Lichtkanals 8 ist eine erste Aufnahme 11 zum Anschluss der Lichtquelle 4 und eine zweite Aufnahme 12 zum Anschluss des Lichtleiters 5 ausgebildet.
  • Entsprechend umfasst die Durchflusszelle 2 an den Enden des Flüssigkeitskanals 6 eine dritte Aufnahme 13 zum Anschluss einer Zuleitung für die Flüssigkeit und eine vierte Aufnahme 14 zum Anschluss einer Ableitung an den Flüssigkeitskanal 6.
  • Wie insbesondere in den 4 und 5 verdeutlicht, weist der Flüssigkeitskanal 6 einen ovalen Querschnitt auf. Insbesondere gehen die beiden Aufnahmen 13, 14 mit ihren runden Querschnitten in diesen ovalen Querschnitt in der Mitte der Durchflusszelle 2 über. Der ovale Querschnitt weist gemäß 5 eine Hauptachse 9 und eine Nebenachse 10 auf. Die Hauptachse 9 ist wesentlich länger als die Nebenachse 10. Ferner steht die Hauptachse 9 senkrecht, sodass sich etwaige Blasen in der Flüssigkeit im oberen Bereich des Querschnitts sammeln. Das Licht tritt insbesondere mittig durch diesen ovalen Querschnitt hindurch und trifft somit im Wesentlichen auf Flüssigkeit ohne Blasen.
  • 6 zeigt den in 1 nur schematisch dargestellten Blasenabscheider 50.
  • Der Blasenabscheider 50 weist einen ersten Kanal 51 und einen zweiten Kanal 52 auf. Der erste Kanal 51 führt von seinem oberen Zulauf 55 zu seinem unteren Ablauf 56. Dabei ist der erste Kanal 51 mit dem eingezeichneten Winkel α von ca. 45 Grad zur Horizontalen 200 geneigt, sodass sich eine Fließrichtung im ersten Kanal 51 von oben nach unten ergibt.
  • Von dem ersten Kanal 51 zweigt ein zweiter Kanal 52 zum Abführen der Blasen aus der Flüssigkeit ab. Der zweite Kanal 52 steht im Wesentlichen parallel zur Horizontalen 200. Zwischen dem ablaufseitigen Bereich des ersten Kanals 51 und dem zweiten Kanal 52 ergibt sich ein spitzer Winkel von ca. 45 Grad.
  • Durch die beiden hier gezeigten Maßnahmen, nämlich insbesondere durch die Kombination der Messvorrichtung mit dem ovalen Querschnitt im Flüssigkeitskanal 6 und durch die Blasenabscheidevorrichtung 50 ergibt sich, dass möglichst blasenfreie Flüssigkeit mit dem Licht im Lichtkanal 8 gemessen werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Messvorrichtung
    2
    Durchflusszelle
    3
    Messeinheit
    4
    Lichtquelle
    5
    Lichtleiter
    6
    Flüssigkeitskanal
    7
    Gehäuse
    8
    Lichtkanal
    9
    Hauptachse
    10
    Nebenachse
    11
    erste Aufnahme
    12
    zweite Aufnahme
    13
    dritte Aufnahme
    14
    vierte Aufnahme
    50
    Blasenabscheidevorrichtung
    51
    erster Kanal
    52
    zweiter Kanal
    55
    Zulauf
    56
    Ablauf
    101
    Motorölwanne
    102
    Wärmetauscher
    103
    Pumpe
    104
    Durchlauferhitzer
    200
    Horizontale

Claims (10)

  1. Messvorrichtung (1) zum optischen Messen einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, umfassend ein Durchflusszelle (2) mit • einem Gehäuse (7), • einem im Gehäuse (7) ausgebildeten Flüssigkeitskanal (6) zum Fördern der Flüssigkeit, • und einem im Gehäuse (7) ausgebildeten, den Flüssigkeitskanal (6) schneidenden Lichtkanal (8) zum Durchleiten von Licht durch die Flüssigkeit zum optischen Messen, • wobei der Flüssigkeitskanal (6) einen unrunden Querschnitt aufweist.
  2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Querschnitt des Flüssigkeitskanals (6) oval ist.
  3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der ovale Querschnitt eine Hauptachse (9) und eine dazu senkrechte Nebenachse (10) aufweist, wobei die Länge der Hauptachse (9) zumindest das 1,2-fache, vorzugsweise zumindest das 1,5-fache, der Länge der Nebenachse (10) beträgt.
  4. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Gehäuse (7) Folgendes ausgebildet ist: • eine erste Aufnahme (11) zum Anschluss einer Lichtquelle (4) an den Lichtkanal (8), • und/oder eine zweite Aufnahme (12) zum Anschluss eines Licht empfangenden Lichtleiters (5) an den Lichtkanal (8), • und/oder eine dritte Aufnahme (13) zum Anschluss einer Zuleitung an den Flüssigkeitskanal (6), • und/oder eine vierte Aufnahme (14) zum Anschluss einer Ableitung an den Flüssigkeitskanal (6).
  5. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Lichtquelle (4) und einen Lichtleiter (5) an den beiden Enden des Lichtkanals (8) und eine an den Lichtleiter (5) angeschlossene Messeinheit (3).
  6. Blasenabscheidevorrichtung (50), insbesondere zum Anschluss an die Messvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend • einen ersten Kanal (51) mit einem Zulauf (55) und einem Ablauf (56) zum Fördern von Flüssigkeit, insbesondere Öl, • und einen vom ersten Kanal (51) abzweigenden zweiten Kanal (52) zum Abführen von Gasblasen aus dem ersten Kanal (51), • wobei der erste Kanal (51) mit einem Winkel α von 35° bis 55° zur Horizontalen (200) angeordnet ist und der Zulauf (55) höher liegt als der Ablauf (56), • und wobei der zweite Kanal (52) mit einer Abweichung von -10° bis +10° parallel zur Horizontalen (200) abzweigt.
  7. Blasenabscheidevorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Kanal (51) einen ersten Durchmesser (53) und der zweite Kanal einen zweiten Durchmesser (54) aufweist, wobei sich die beiden Durchmesser (53, 54) um höchstens 30%, vorzugsweise höchsten 15%, voneinander unterscheiden.
  8. Anordnung (100) zum optischen Messen einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, umfassend die Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und die Blasenabscheidevorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei der Ablauf (56) der Blasenabscheidevorrichtung (50) an den Flüssigkeitskanal (6) der Messvorrichtung (1) angeschlossen ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei der Zulauf (55) der Blasenabscheidevorrichtung (50) und eine Ableitung am Flüssigkeitskanal (6) der Messvorrichtung (1) fluidleitend mit einem Verbrennungsmotor verbunden sind.
  10. Verfahren zum optischen Messen von Motoröl unter Verwendung der Messvorrichtung (1), vorzugsweise der gesamten Anordnung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei während des Betriebs eines Verbrennungsmotors Motoröl aus dem Verbrennungsmotor entnommen wird, durch die Messvorrichtung (1) geleitet wird und wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
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