DE19832862A1 - Dosierverfahren für Flüssigkeiten - Google Patents
Dosierverfahren für FlüssigkeitenInfo
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Abstract
Es wird ein Dosierverfahren und eine Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten vorgeschlagen, wobei die in einem Dosierbehälter (1) befindliche Flüssigkeit aus dem Dosierbehälter (1) herausgepumpt wird, bis eine gewünschte Probenmenge im Dosierbehälter (1) verbleibt. Mittels Sensoren (9, 10) wird gemessen, wie schnell Flüssigkeit aus dem Dosierbehälter (1) entnommen werden kann, so daß die Zeit bestimmt werden kann, die erforderlich ist, um eine gewünschte Probenmenge im Dosierbehälter (1) als Restmenge zu erhalten.
Description
Die Erfindung betrifft ein Dosierverfahren gemäß der Gattung des Anspruchs 1 sowie
eine Dosiervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Entnahme von zu untersuchenden Flüssigkeiten, beispielsweise aus einem
Abwasserkanal, kann mit bekannten Dosiervorrichtungen in regelmäßigen
Zeitabständen automatisch erfolgen. Dabei wird über einen Saugschlauch eine
Flüssigkeitsmenge in einen Dosierbehälter geleitet, von dem dann eine vorgegebene
Probenmenge in einen Probenbehälter abgeleitet wird. Auf diese Weise können
nacheinander mehrere Proben in eine entsprechende Anzahl von Probenbehälter
abgefüllt werden. Die Proben können dann auf Inhaltstoffe untersucht werden, um
festzustellen, zu welchen Zeitpunkten welche Belastungen in der zu untersuchenden
Flüssigkeit aufgetreten sind.
Eine bekannte Dosiervorrichtung dieser Art ist in der US-PS 3,795,347 beschrieben.
Die zu untersuchende Flüssigkeit wird in einen Dosierbehälter geleitet, der oberhalb
eines Probenbehälters angeordnet ist. Die gewünschte Probenmenge kann aus dem
Dosierbehälter nach unten in den Probenbehälter abfließen.
Aus der EP 0 787 982 A1 ist ein Dosierverfahren bekannt, bei dem die einem
Dosierbehälter zu entnehmende Probenmenge rechnerisch bestimmt wird. Andern sich
der Pumpendruck und die Fließgeschwindigkeit bei der Bereitstellung der
Probenmenge, so kann dies zu unerwünschten Ungenauigkeiten führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosierverfahren für Flüssigkeiten zu
schaffen, bei dem die in Behälter abzufüllende Flüssigkeitsmenge mit großer
Genauigkeit festgelegt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den im Anspruch 1 aufgeführten
Merkmalen. In den Dosierbehälter wird zunächst eine größere Flüssigkeitsmenge
eingefüllt, als die eigentliche Probenmenge. Um die Probenmenge im Dosierbehälter
zu erhalten, wird eine Teilmenge mit gleichförmiger Entnahmegeschwindigkeit aus
dem Dosierbehälter entnommen und es wird dabei die Entnahmegeschwindigkeit
gemessen. Ab einem detektierten Füllstand wird dann für eine einstellbare Zeitdauer
weiterhin Flüssigkeit mit der gemessenen Entnahmegeschwindigkeit dem
Dosierbehälter entnommen, bis im Dosierbehälter die gewünschte Probenmenge
verbleibt. Bei jeder Messung der Entnahmegeschwindigkeit wird somit eine
Kalibrierung durchgeführt.
Um eine hohe Genauigkeit für jede zu entnehmende Probenmenge zu erhalten, erfolgt
die Messung der Entnahmegeschwindigkeit bei jedem Dosiervorgang erneut. Somit
wird das Dosierverfahren für die Bereitstellung der Probenmenge bei jedem
Dosiervorgang kalibriert.
Die Messung der Entnahmegeschwindigkeit erfolgt mittels Sensoren, die einen oberen
Füllstand und einen mittleren Füllstand anzeigen, wobei die Füllstandsdifferenz
zwischen oberem und mittlerem Füllstand dividiert durch die vom Erreichen des
oberen bis zum Erreichen des mittleren Füllstands benötigte Zeit die aktuelle
Entnahmegeschwindigkeit angibt. Die Entnahmegeschwindigkeit kann mit besonders
hoher Genauigkeit ermittelt werden, wenn der Entnahmevorgang von einem oberhalb
des oberen Sensors befindlichen Füllstand beginnt. Dadurch wird nämlich erreicht, daß
die bei Beginn des Entnahmevorgangs möglicherweise auftretende Pumpen-
Anlaufschwankungen den eigentlichen Meßvorgang nicht beeinflussen.
Aufgabe der Erfindung ist es auch eine Dosiervorrichtung anzugeben, mit der das
erfindungsgemäße Dosierverfahren durchführbar ist.
Im Anspruch 5 ist eine solche Dosiervorrichtung zur Durchführung des
Dosierverfahrens angegeben. Die im Dosierbehälter angeordneten Sensoren sind an
eine Steuereinheit angeschlossen, die mittels wenigstens einer steuerbaren Pumpe die
zu untersuchende Flüssigkeit in den Dosierbehälter und die zu entnehmende Teilmenge
aus dem Dosierbehälter fördert. Die Steuereinheit kann eine gleichförmige
Flüssigkeitsförderung während der Entnahme der Teilmenge vornehmen, so daß die
Entnahmedauer, während der die Teilmenge entnommen wird, sehr genau bestimmt
werden kann.
Ein oberhalb des oberen Sensors angeordneter weiterer Sensor wirkt als Begrenzer, der
beim Befüllen des Dosierbehälters den maximalen Füllstand begrenzt.
Sämtliche Sensoren können in sehr vorteilhafter Weise als vertikal nach unten in den
Dosierbehälter ragende Elektroden mit unterschiedlicher Länge ausgebildet sein. Als
vierte Elektrode kann eine gemeinsame Gegenelektrode tief in den Dosierbehälter
hineinragen. Erreicht der Flüssigkeitsstand das Ende einer als Sensor wirkenden
Elektrode, so ändert sich dabei die elektrische Leitfähigkeit zwischen dieser Elektrode
und der Gegenelektrode, was als Sensorsignal in der Steuereinheit ausgewertet werden
kann.
Versuche haben gezeigt, daß eine sehr hohe Genauigkeit für die jeweils einem
Probenbehälter zuzuführende Probenmenge erzielt werden kann. Bei einem oberen
Füllstand von 300 ml und einem mittleren Füllstand von 250 ml kann der maximal
Füllstand etwa 320 ml betragen. Wird ausgehend vom maximalen Füllstand die
Entnahmegeschwindigkeit zwischen oberem Füllstand und dem mittleren Füllstand
gemessen, so konnten sehr exakt Probenmengen von 20 ml bis 200 ml bereitgestellt
werden.
Das Ablassen der im Dosierbehälter verbleibenden Probenmenge kann besonders
einfach über einen Ablaßschlauch mit einem steuerbaren Ventil erfolgen. Die
gewünschte Probenmenge läßt sich über eine Tastatur, die mit der Steuereinheit in
Verbindung steht, eingeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der Dosiervorrichtung und
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung der Dosiervorrichtung in Form eines
Blockschaltbildes.
Die in Fig. 1 dargestellte Dosiervorrichtung besteht aus einem Dosierbehälter 1,
mehreren Probenflaschen 2, einer Steuereinheit 3 und einem mit einer Abwasserrinne
4 verbundenen Saugschlauch 5, der von oben in den Dosierbehälter 1 ragt.
Am unteren Ende ist der Dosierbehälter 1 über einen Ablaßschlauch 6 mit jeweils
einer Probenflasche 2 verbunden, wobei der Ablaßschlauch 6 mittels eines Ventils 7
absperrbar ist.
In den Dosierbehälter 1 ragen insgesamt vier Elektroden vertikal nach unten, von
denen die längste Elektrode 8 die Gegenelektrode zu den anderen Elektroden, die als
Sensoren 9 bis 11 wirken, bildet.
Ein erster Sensor 9 markiert mit seinem unteren Ende einen oberen Füllstand, während
ein zweiter Sensor 10 einen mittleren Füllstand mit seinem unteren Ende markiert. Ein
weiterer Sensor 11 definiert mit seinem unteren Ende den maximalen Füllstand im
Dosierbehälter 1.
Um aus der Abwasserrinne 4 eine Flüssigkeitsmenge aus einer zu untersuchenden
Flüssigkeit 12 zu entnehmen, wird mittels einer hier nicht dargestellten Saugpumpe
über ein Rohr 13 Luft aus dem Dosierbehälter 1 abgesaugt. Das Entlüftungsventil 14
am oberen Ende des Saugschlauchs 5 ist dabei geschlossen. Das Absaugen der Luft aus
dem Behälter 1 bewirkt, daß Flüssigkeit über den Saugschlauch 5 in den
Dosierbehälter 1 gelangt und zwar bis der Füllstand das untere Ende des Sensors 11
erreicht. Der Sensor 11 gibt dabei ein Sensorsignal an die Steuereinheit 3, die darauf
hin die Pumpe abschaltet.
Nun kann die Flüssigkeitsmenge im Dosierbehälter 1 bis auf eine gewünschte
Probenmenge reduziert werden. Zu diesem Zweck wird zunächst das Entlüftungsventil
14 geöffnet, damit die im Saugschlauch 5 stehende Flüssigkeitssäule abreißen und in
die Abwasserrinne 4 zurückfließen kann. Dann wird über die nicht dargestellte Pumpe
und das Rohr 13 Druckluft in den Dosierbehälter 1 gepumpt, und zwar mit konstantem
Druck. Dabei wird die im Dosierbehälter 1 befindliche Flüssigkeit über den
Saugschlauch 5 aus dem Dosierbehälter 1 gedrückt, so daß sich die Füllhöhe
gleichförmig reduziert. Erreicht die Füllhöhe das untere Ende des Sensors 9 so gibt
dieser ein Sensorsignal an die Steuereinheit 3, um die Zeit zu messen, die verstreicht,
bis die Füllhöhe das untere Ende des zweiten Sensors 10 erreicht. Die Druckluft wird
nun weiterhin so lange in den Dosierbehälter 1 gefördert, bis eine gewünschte
Probenmenge im Dosierbehälter 1 verbleibt.
Beträgt der Füllstand am unteren Ende des ersten Sensors 9 z. B. 300 ml und am
unteren Ende des zweiten Sensors 10 z. B. 250 ml, und wird zur Reduzierung des
Füllstandes dabei eine Zeit von zwei Sekunden benötigt, so muß die Druckluft weitere
vier Sekunden in den Dosierbehälter 1 über das Rohr 13 gepumpt werden, um eine
gewünschte Probenmenge von 150 ml zu erhalten.
In der schematisierteren Darstellung von Fig. 2 ist die an das Rohr 13 angeschlossene
Pumpe 15 dargestellt, die als Saug- oder Druckpumpe wahlweise arbeiten kann. Die
Steuereinheit 3 steuert ein zwischen Rohr 13 und Pumpe 15 angeordnetes Ventil 16,
welches in der dargestellten Stellung auf Entlüften steht. Diese Stellung ist
zweckmäßig, wenn die verbleibende Probenmenge aus dem Dosierbehälter 1 in die
Probenflasche 2 abgelassen wird.
An die Steuereinheit 3 ist eine Tastatur 17 und eine Anzeigeeinrichtung 18
angeschlossen, um gewünschte Probenmengen einzugeben und Betriebszustände
ablesen zu können.
Wird das Ventil 16 aktiviert, so wird die Verbindung zwischen dem Rohr 13 und der
Pumpe 15 hergestellt. Wird das Ventil 14 von der Steuereinheit 3 aktiviert, so wechselt
es vom geschlossenen in den offenen Zustand.
Anstelle der als Saug- und Druckpumpe ausgebildeten Pumpe 15 kann auch jede
andere Einrichtung Verwendung finden, die auf das Rohr 13 saugend oder pumpend
wirkt.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt nur eine mögliche Realisierung der
Erfindung dar. Wesentlich ist dabei, daß ab einer definierten Füllhöhe die
Entnahmegeschwindigkeit exakt gemessen wird. Hierzu können anstelle der im
Ausführungsbeispiel vorgeschlagenen Sensoren auch andere Sensoren Verwendung
finden, wie beispielsweise Radar-, Ultraschall-, Gewichts- und kapazitive Sensoren.
Mittels eines Radarsensors könnte beispielsweise der Abstand vom oberen Ende des
Dosierbehälters bis zu der Flüssigkeitsoberfläche der im Dosierbehälter enthaltenen
Flüssigkeit gemessen werden. Bei einer gleichförmigen Flüssigkeitsentnahme könnte
dann die Entnahmegeschwindigkeit aus einer gemessenen Abstandsdifferenz ermittelt
werden.
Claims (12)
1. Dosierverfahren, bei dem eine Flüssigkeit zunächst in einen Dosierbehälter (1)
geleitet wird, aus dem dann eine so große Teilmenge dieser Flüssigkeit wieder
entnommen wird, bis eine vorgegebene Probenmenge im Dosierbehälter (1)
verbleibt und als Probe einem Probenbehälter (2) zugeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Entnahme der Teilmenge die
Entnahmegeschwindigkeit gemessen wird und ab einem detektierten Füllstand für
eine einstellbare Zeitdauer weiterhin Flüssigkeit mit der gleichen
Entnahmegeschwindigkeit dem Dosierbehälter (1) entnommen wird, bis im
Dosierbehälter (1) die gewünschte Probenmenge verbleibt.
2. Dosierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Entnahmegeschwindigkeit für jeden Dosiervorgang neu bestimmt wird.
3. Dosierverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Entnahme der Teilmenge ein konstanter Pumpendruck eingehalten wird und
ein erster Sensor (9) das Erreichen des oberen Füllstands anzeigt, daß dann ein
zweiter Sensor (10) das Erreichen eines mittleren Füllstands anzeigt, und daß die
Füllstandsdifferenz zwischen oberem und mittlerem Füllstand dividiert durch die
vom Erreichen des oberen bis zum Erreichen des mittleren Füllstands benötigte Zeit
die aktuelle Entnahmegeschwindigkeit angibt.
4. Dosierverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entnahme der Teilmenge von einem über dem oberen
Füllstand liegenden höchsten Füllstand beginnt.
5. Dosiervorrichtung mit einem Dosierbehälter (1) zur Durchführung des
Dosierverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine in den
Dosierbehälter (1) enthaltene Probenmenge in eine Probenflasche (2) ableitbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß am Dosierbehälter (1) wenigstens ein Sensor
angebracht ist, der zur Ermittlung von Füllstandsdifferenzen geeignet ist und daß
eine Steuereinheit (3) aus einer gemessenen Füllstandsdifferenz und der dafür
benötigten Zeit die Entnahmegeschwindigkeit der aus dem Dosierbehälter (1)
entnommenen Flüssigkeit berechnet und eine steuerbare Pumpe (15) von einem zu
einem definierten Füllstand gehörenden ersten Zeitpunkt so lange weiterhin betreibt,
bis der für eine gewünschte Probenmenge erforderliche Füllstand erreicht ist.
6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im
Dosierbehälter (1) an einem oberen Füllstand ein erster Sensor (9) und an einem
mittleren Füllstand ein zweiter Sensor (10) angeordnet ist, daß die Sensoren an die
Steuereinheit (3) angeschlossen sind, daß die Steuereinheit (3) mittels wenigstens
einer steuerbaren Pumpe (15) die zu dosierende Flüssigkeit (12) in den
Dosierbehälter (1) und die zu entnehmende Teilmenge aus dem Dosierbehälter (1)
fördert.
7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des
ersten Sensors (9) ein weiterer Sensor (11) angeordnet ist, der beim Befüllen des
Dosierbehälters (1) das Erreichen der maximalen Füllhöhe an die Steuereinheit (3)
meldet.
8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoren (9 bis 11) von oben vertikal nach unten in den Dosierbehälter (1)
ragende Elektroden sind, die eine tief in den Dosierbehälter (1) ragende gemeinsame
Gegenelektrode (8) haben.
9. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem oberen Füllstand von 300 ml der mittlere Füllstand 250 ml beträgt.
10. Dosiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale
Füllstand 320 ml beträgt.
11. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Probenmenge über einen unten an den Dosierbehälter (1) angeschlossenen
Ablaßschlauch (6) mit einem Quetschventil (7) ableitbar ist.
12. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die gewünschte Probenmenge über eine an die Steuereinheit (3) angeschlossene
Tastatur (17) eingebbar ist.
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