DE2213193B2 - Vorrichtung zum Messen der Abströmgeschwindigkeit einer aus einem Speichertank kontinuierlich abgezogenen Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Abströmgeschwindigkeit einer aus einem Speicher- >^r> tank kontinuierlich abgezogenen, insbesondere tiefsiedenden Flüssigkeit, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Technik der Versorgung von Verbrauchern mit Flüssigkeiten, beispielsweise mit tiefsiedenden Flüssig- w> keilen wie flüssigem Erdgas, ergibt sich häufig die Forderung, diese Flüssigkeiten in einem Speichertank zwischenzuspeichern, so daß aus diesem je nach den Anforderungen zeitlich schwankende Mengen auf kontinuierliche Weise abgezogen werden können. tr> Dabei stellt sich das Problem, die zeitlich veränderliche Abströmgeschwindigkeit dieser Flüssigkeiten aus dem SDcichertank von Zeit /u Zeit /11 messen, ohne daß dadurch die Versorgung der Verbraucher unterbrochen würde. Dabei ist der Meßvorgang im Vergleich zum zeitlichen Ausmaß der Schwankungen möglichst kurz zu gestalten.

Eine verwandte Meßvorrichtung ist bereits aus der DE-OS 21 38 680 vorbekannt Dort ist ein Speichenank beschrieben, aus dem ständig Flüssigkeit abgeführt und wieder nachgefüllt wird. Es sind nacheinander mehrere Verbraucher mit vorher abgemessenen, gleichbleibenden Flüssigkeitsvolumina zu versorgen. Dazu ist ein als Meßrohr ausgebildeter Meßbehälter vorgesehen, der innerhalb des Speichertanks angeordnet ist und in dessen Flüssigkeitsraum eintaucht Der Innenraum dieses Meßrohres ist durch eine Leitung über ein Nachfüllventil mit dem Flüssigkeitsraum des Speichertanks verbindbar. Eine Abführleitung dient dazu, den Verbrauchern die jeweils gleichbleibenden Flüssigkeitsvolumina zuzuführen. Diese Abführleitung kann durch Umschalten des Nachfüllventils mit dem Meßrohr verbunden werden, welches vorher mit einem bestimmten Volumen aufgefüllt wurde und nun unter Schwerkrafteinfluß ausfließen kann. Während dieses Zeitraumes ist das Meßrohr vom Flüssigkeitsraum des Speichertanks abgetrennt Mit Hilfe einer besonderen Meßvorrichtung wird sichergestellt, daß das Meßrohr immer wieder mit dem gleichen Flüssigkeitsvolumen aufgefüllt wird.

Diese bekannte Meßvorrichtung ermöglicht es somit einen oder mehrere Verbraucher nacheinander mit abgemessenen Flüssigkeitsvolumina zu versorgen. Die Versorgung ist jedoch diskontinuierlich, da das Meßrohr nach jedem Versorgungsvorgang erneut mit dem entsprechenden Flüssigkeitsvolumen aufgefüllt werden muß. Es Findet zwar eine ständig und regelmäßig wiederholte Messung der abgeführten Flüssigkeitsvolumina statt, diese bleiben jedoch immer gleich, und die Messung dient mehr der Einstellung dieser gleichbleibenden Volumina. Diese Meßvorrichtung kann ersichtlich nicht zu dem Zweck eingesetzt werden, einen Verbraucher kontinuierlich mit je nach Bedarf schwankenden Flüssigkeitsmengen zu versorgen und die veränderliche Abströmgeschwindigkeit zu beliebigen Zeitpunkten zu messen.

Aus der US-PS 33 32 283 ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt mit deren Hilfe einem Verbraucher, insbesondere einem Fahrzeugmotor, kontinuierliche Flüssigkeit eingeführt werden kann, wobei die Mengenzufuhr ständig durch Messung überprüft wird.

Zu diesem Zwecke sind mehrere gleichberechtigte Meßrohre vorgesehen, die ständig aufgefüllt und zyklisch mit dem Verbraucher verbunden werden. Je nach der angeforderten Flüssigkeitsmenge laufen die Meßrohre mit unterschiedlicher Abströmgeschwindigkeit aus, wobei dieser Abströmvorgang ständig messend verfolgt wird. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe von an den Meßrohren in verschiedener Höhe angebrachten Fotozellen, die das Absinken des Flüssigkeitsspiegels registrieren. Anstelle der Fotozellen können auch magnetische Umformer vorgesehen sein, die beim Durchgang von auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmenden magnetischen Schwimmkörpern ansprechen. Diese Vorrichtung verfügt über keinen Speichertank, wenn nicht die Meßrohre selbst als solche Speichertanks angesehen werden sollen, und ist zwangsläufig für kontinuierliche Messung der Abströmgeschwindigkeit ausgelegt. Zudem ist jedes einzelne von jeweils mehreren Meßrohren mit wiederum mehreren einzelnen Meßfühlern ausgestaltet. Die Vorrichtung ist

somit sehr kompliziert und störanfällig. Dafür ist die Vorrichtung in der Lage, schnelle Verbrauchsschwankungen jederzeit unmittelbar zu verfolgen und zu registrieren.

Im Gegensatz dazu liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bzw. eine Vorrichtung gemäß der DE-OS 21 38 680 so auszubilden, daß ein Verbraucher gleichzeitig kontinuierlich mit Flüssigkeit versorgt und die Abströmgeschwindigkeit von Zeit zu Zeit gemessen werden kann. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Meßvorgang kurz im Vergleich zu den zeitlichen Schwankungen der Abströmgeschwindigkeit ist

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht jederzeit eine zuverlässige Messung der Abströmgeschwindigkeit, wobei auch sehr kleine Abströmgeschwindigkeiten erfaßt werden können. Das zeitliche Intervall zwischen der Aufeinanderfolge zweier Messungen ist nach unten hin lediglich dadurch begrenzt, daß der Meßkondensator immer wieder aufgefüllt werden muß. Die durch den Kondensator gegebene eigentliche Meßvorrichtung zeichnet sich gegenüber den Meßvorrichtungen der vorgenannten US-PS 33 32 283 durch Einfachheit und Robustheit aus.

Während einer Messung der Abströmgeschwindigkeit ist der Innenraum des Kondensators über ein Umschaltventil mit der für die Flüssigkeit bestimmten Abführieitung verbunden, so daß nunmehr Flüssigkeit aus dem Innenraum des Kondensators in die Abführieitung strömt, was, da die Flüssigkeit als Dielektrikum dient, zu einer permanenten Änderung der Kapazität, die über eine Registriervorrichtung registriert wird, führt Sieht man nun innerhalb des Innr-nraums des Kondensators mindestens zwei vertikal übereinanderliegende Schaltpunkte vor, so läßt sich die Abströmgeschwindigkeit folgendermaßen leicht bestimmen: Sobald der Flüssigkeitsspiegel während seines Absinkens

ίο den oberen Schaltpunkt durchläuft, schaltet die Registriervorrichtung durch die gerade vorhandene Kapazität veranlaßt, eine Zeituhr ein. Diese Zeituhr wird erst wieder nach einer bestimmten Zeit beim Durchlaufen des Flüssigkeitsspiegels durch einen

ij zweiten, unter dem ersten liegenden Schaltpunkt abgeschaltet Aus der gemessenen Zeit At und dem zwischen den Schaltpunkten befindlichen Volumen A V läßt sich nun sehr genau die Abströmgeschwindigkeit Δ V: At bestimmen.

Es liegt auf der Hand, daß durch eine geeignete Wahl des Volumenintervalls AV sehr «Seine Abströmgeschwindigkeiten bestimmt werden können.

Eine vorteilhafte Variation des Meßbereiches der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, mehrere

2) Schaltpunkte in definiert verschiedenen Abständen übereinander anzuordnen und durch geeignete Schaltmaßnahmen den Start bzw. das Ausschalten der Zeituhr mit verschiedenen Schaltpunkten zu koppeln. Bei m Schaltpunkten (m>2) können z. B. folgende Meßbereiehe umfaßt werden:

If₁

η, p,

ganz;

W₁: If, IK_ra_,: lf„,_,

:/; 0<n<m-l; 0<i/<m-2)

Σ ι».

wobei A V_n das Volumenintervall zwischen dem (n + l)ten und dem /Men Schaltpunkt angibt und At_n die 4> gemessene Zeit ist, die der Flüssigkeitsspiegel zum Durchlaufen dieses Volumenintervalls benötigt.

Sobald eine Messung beendet ist» wird das Nachfüllventil, das zu Beginn der Messung geschlossen wurde, wieder geöffnet, so daß sich nunmehr der Innenraum ίο des Kondensators, der während der Messung ganz oder teilweise geleert wurde, wieder bis zum oberen Niveau des Fiüssigkeitsraumes füllt, und die Abführleitung über das Umschaltventil wieder mit dem FlUssigkeitsraum direkt verbunden. r,

Die ganze Messung läßt sich einfach dadurch automatisieren, daß die mit der Registriervorrichtung gekoppelte Zeituhr sowohl das Nachfüllventil als auch das Umschaltventil steuert. Sobald die Zeituhr den Befehl zum Abschalten erhält, schaltet sie einerseits das mi Umschaltventil auf den Flüssigkeitsraum um und öffnet andererseits das Nachfüllventil.

Zur Erreichung extrem scharfer Signale der Registriervorrichtung, die zu sehr genauen Abströmgeschwindigkeitsmessungcn erwünscht sind, können im <>> Innenraum des Kondensators in dem mit Flüssigkeit gefüllten Bereich scheibenförmige Verdrängungskörper horizontal angeordnet sein. Diese Verdrängungskörper sind derart dimensioniert, daß lediglich ein sehr schmaler Spalt zwischen Verdrängungskörper und geladenen Flächen des Kondensators frei bleibt. Dies hat den Vorteil, daß im Bereich der Verdrängungskörper große Kapazitätsänderungen in kurzen Zeiten erreicht werden, sobald die Flüssigkeit im Innenraum während einer Messung einen solchen schmalen Spalt durchläuft. Bei einer solchen Ausführungsform kann danr die Registriervorrichtung mit einem Grenzwer«- schalter gekoppelt oder selbst als Grenzwertschalter ausgeoiidet werden, so daß nunmehr zum Starten bzw. zum Abschalten der Zeituhr ein scharfes, die Ändeiting der Kapazität mit der Zeit, dC:di anzeigendes Signal verwendet werden kann.

Eine weitere zweckmäßige Variante der erfindungsgemäßen Vorricnfng besteht darin, daß als Kondensator ein Zylinderkondensator mit einem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem äußeren Kondensatormantel und dem konzentrischen Kern verwendet wird, wobei nunmehr der ringförmige Zwischenraum des Zylinderkondensators dem abgeschlossenen Innenraum des Kondensators entspricht und dieser mit den entsprechenden Vorrichtungsteilen, beispielsweise den Verdrängungskörpern, ausgestattet ist.

Sind sowohl das Nachfiillveniil «ils auch das

Umschaltventil im Flüssigkeitsraum des Speichertanks angeordnet, können vorteilhaft auch Abströmgeschwindigkeiten eines tiefsiedenden Flüssiggases, wie z. B. eines verflüssigten Erdgases, gemessen werden. Alle Vorrichtungstfile sind auch während der Messungen konstanten physikalischen Bedingungen.wie z. B. gleichbleibenden Temperaturen und gleichbleibendem Druck, ausgesetzt.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigt

F i g. 1 ein prinzipielles Schema eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 einen vertikalen Querschnitt eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkondensators sowie diesem zugeordnet eine Kurve, die den Kapazitiitsverlauf C = F(X, ^angibt.

in Abströmgeschwindigkeit stattfinden, so wird das Umschaltventil 8 auf Leitung 11 umgeschaltet, und das Nachfüllventil 13 geschlossen. Nun strömt Flüssigkeit aus dem ringförmigen Zwischenraum des Zylinderkondensators in die Leitung 6, wobei sich der Flüssigkeitsspiegel zwischen den geladenen Flächen des Kondensators permanent senkt. Hierdurch ändert sich aber die Kapazität des Kondensators. Sobald der absinkende Flüssigkeitsspiegel den Schaltpunkt 18 erreicht hat, wird automatisch die Zeituhr 19 in Betrieb gesetzt, die dann mit dem Durchlaufen des Flüssigkeitsspiegels durch den Schaltpunkt 14 wieder abgeschaltet wird. Gleichzeitig werden hiermit aber das Umschaltventil 8 wieder auf die Leitung 5 umgeschaltet und das Nachfüllventil 13 wieder geöffnet, womit der stationäre Betriebszustand wiederhergestellt ist. Da das Volumen Δ V des ringförmigen Zwischenraumes zwischen den Schaltpunkten 18 und 14 bekannt ist und und die Zeit Al des

ig. ! ZCigt CiHCPi VakuUmisuiicricii ομέίΟπόΓιίιί'ικ iüi Αυ5ίΠΚ6Γι» des F'üSSigRciiSSyicgciS Vuifi SCriif!ί[>uilF.i |S

Flüssiggas mit innerem Mantel 1 und äußerem Mantel 2. .'< > Flüssiggas gelangt über Leitungen 3 und 4 in den Tank und wird bei stationärem Betrieb über Leitungen 5, 6 und 7 bei entsprechend geöffnetem Umschaltventil 8 wieder abgezogen.

Innerhalb des Speichertanks ist vertikal eingeladener 2> Zylinderkondensator 9 gemäß Fig. 2 mit einem äußeren Mantel 10 derart angeordnet, daß er sich teilweise im Flüssigkeitsraum b und teilweise im Dampfraum a des Speichertanks befindet. Das obere Flüssigkeit«niveau des Flüssigkeitsraumes ist mit c .«> bezeichnet. Der Zylinderkondensator besitzt gemäß Fig.2 zwischen äußerem Mantel 10 und innerem konzentrischen Kern 25 einen ringförmigen Zwischenraum 31, der über Leitung 11 und das Umschaltventil 8 sowohl mit der Abführleitung 6, als auch über Leitung 12 r> und Nachfüllventil 13 mit dem Flüssigkeitsraum b des Speichertanks verbunden ist, so daß er bis zum Niveau c mit Flüssigkeit aufgefüllt werden kann. Innerhalb des ringförmigen Zwischenraumes sind weiterhin eine Anzahl von Schaltpunkten 14,15,16,17,18 vorgesehen, -to von denen in diesem Beispiel zwei, nämlich 14 und 18 mit einer Zeituhr 19 verbunden sind. Die Zeituhr 19 steuert wiederum die Ventile 13 und 8 an. Eine Flüssigkeitsniveauanzeigevorrichtung 20 steuert ein in der Flüssigkeitszufuhrleitung 3» angeordnetes Ventil 21 α -, an und regelt das Flüssigkeitsniveau c innerhalb des Speichertanks auf einen permanent konstanten Wert. Die Vorrichtungsteile 22 und 23 schließlich dienen zur Verhinderung der Ausbildung eines Überdruckes innerhalb des Speichertanks. >o

Die Vorrichtunp gemäß dieses Ausführungsbeispieles arbeitet nun folgendermaßen:

Im stationären Betriebszustand, d.h. in einem Betriebszustand, in dem keine Abströmgeschwindigkeitsmessung stattfindet, strömt Flüssiggas über die Leitungen 3 und 4 in den Speichertank, sammelt sich dort und wird über die Leitungen 5,6 und 7 sowie das entsprechend geöffnete Umschaltventil 8 wieder abgezogen. Das Ventil 24 ermöglicht eine grobe Dosierung der Abströmmenge. Die Zuführmenge der Flüssigkeit bo wird hierbei durch die Flüssigkeitsniveauanzeigevorrichtung derart geregelt, daß sich innerhalb des Speichertanks ein permanent konstantes Flüssigkeitsniveau c einstellt Während dieses Betriebszustandes ist das Nachfüllventil 13 geöffnet, so daß der ringförmige Zwischenraum des Zylinderkondensators bis zum Niveau emit Flüssigkeit angefüllt ist

Soll nun von Zeit zu Zeit eine Messung der

zum Punkt 14 sehr genau gemessen wurde, läßt sich nunmehr die Abströmgeschwindigkeit, also AV:At durch die Leitung 6 exakt bestimmen.

Dieses zunächst allgemeine Prinzip der Messung einer Abströmgeschwindigkeit wird in F i g. 2 unter den speziellen Gesichtspunkten der Herstellung geeigneter Anfangs- und Endsignaie zum Betreiben der Zeituhr näher erläutert, wobei gleiche Vorrichtungsteile mit gleichen Öczugszeichen versehen sind.

Fig. 2 stellt in ihrem linken Teil einen axialen Querschnitt des verwendeten Zylinderkondensators dar. Er besteht aus einem äußeren Mantel 10 und einem konzentrischen Kern 25. Die Kapazität eines solchen Kondensators errechnet sich zu

wobei Eo die absolute Dielektrizitätskonstante, ε die relative Dielektrizitätskonstante, in diesem Falle also die der im ringförmigen Zwischenraum befindlichen Flüssigkeit, Jf die gerade vorliegende vertikale Höhe der Flüssigkeit innerhalb des ringförmigen Zwischenraumes, r_a den Radius des äußeren Kondensatormantels und r,den Radius des konzentrischen Kerns angibt.

Innerhalb des ringförmigen Zwischenraumes sind eine Anzahl, in diesem Beispiel vier, ringförmiger, horizontal angeordneter Scheiben (26, 27, 28, 29) als Verdrängungskörper vertikal übereinander angebracht. Der Radius r_s dieser Scheiben ist etwas kleiner als der des äußeren Mantels r* so daß im Bereich der Scheiben nur ein relativ schmaler Ringspalt zwischen äußerem Scheibenrand und innerer Oberfläche des Kondensa.ormantels frei bleibt Insgesamt gilt also: (r, — r_s) ist sehr viel kleiner als (r,—r).

Der vertikale Abstand einzelner Scheiben ist definiert verschieden, wobei das jeweilige Volumen Δ Κ zwischen einzelnen Scheiben aber feststeht

Den Kapazitätsverlauf eines derart ausgestalteten Zylinderkondensators als Funktion der Zeit bzw. als Funktion der Absenkgeschwindigkeit der im ringförmigen Zwischenraum des Zylinderkondensators befindlichen Flüssigkeit gibt der rechte Teil der F i g. 2 wieder. In dieser Kurve ist als Abszisse die Kapazität C, die durch die Registriervorrichtung 30 registriert wurde, und als Ordinate die Zeit t aufgetragen. Der Kurvenverlauf zeigt, daß bei einem grundsätzlich linearen Vertauf an der Stelle der Scheiben in kurzen Zeiten relativ große Kapazitätssprünge auftreten. In diesem Bereich ist also die Änderung der Kapazität mit

der Zeit sehr groß. Erfindungsgemäß werden nun aber gerade diese großen Kapazitätssprünge zur Erzeugung geeigneter elektrischer Signale zum Start bzw. zum Abschalten der Zeituhr 19 zuhilfe genommen, indem beispielsweise die Registriervorrichtung 30 ein Grenzwertschalter ist oder mit einem solchen gekoppelt ist.

Wird also während einer Abströmgeschwindigkeitsmess'mg der anfangs vollständig mit Flüssigkeit gefüllte ringförmige Zwischenraum des Zylinderkondensators entleert, so registriert der Grenzwertschalter ζ. Β. zum

IO ersten Mal eine starke Kapazitätsänderung beim Eintritt des Flüssigkeitsspiegels in den Spalt der Scheibe 29 und schaltet nunmehr die Zeituhr ein. Bei der nächsten starken Änderung, die er z. B. beim Eintritt des Flüssigkeitsspiegels in den Spalt der Scheibe 28 registriert, schaltet er diese wieder ab. Aus der Zeit Δ U und dem durchflossenen Volumen Δ Vj läßt sich nun die Abströmgeschwindigkeit Δ Vi :Δί, leicht bestimmen. Durch geeignete Schaltvariationen lassen sich natürlich auch andere Abströmgeschwindigkeiten, z. B.

W₁ : Ii,. I i;, : Ii,

(It, f I!,):( W₁ + If,) ( I Γ, + I I₂ + I »■;,):( If, + Ii₂ + If.,

< ΙΓ, + II ,) :( Ii, -f If₁)

bestimmen. Welcher Meßbereich gerade verwendet wird, hängt grundsätzlich von der geförderten Flüssigkeitsmenge und der erforderlichen Genauigkeit der Messung ab.

Grundsätzlich lassen sich jedoch durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr genau die Werte auch sehr kleiner Abströmgeschwindigkeiten einer kontinuierlichen Strömung durch ein Rohr oder irgedein anderes Fördersystem bestimmen.

Darüber hinaus können aber auch diskrete Flüssigkeitsmengen nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr genau ermittelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Abströmgeschwindigkeit einer aus einem Speichertank konti- i nuierlich abgezogenen, insbesondere tiefsiedenden Flüssigkeit, mit einem innerhalb des Speichertanks angeordneten und zumindest teilweise in dessen Flüssigkeitsraum eingetauchten Meßbehälter, dessen Innenraum über ein Nachfüllventil mit dem ι ο Flüssigkeitsraum des Speichertanks verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine umschaltbar entweder mit dem Innenraum (31) des Meßbehälters oder dem Flüssigkeitsraum (b) des Speichertanks verbindbare, für die kontinuierlich abgezogene Flüssigkeit bestimmte Abführleitung (6,

7) vorgesehen und der Meßbehälter als Kondensator (9) ausgebildet ist, der mit einer Registriervorrichtung (30) zur Messung der zeitlichen Änderung seiner Kapazität verbunden ist

2. Vorrichfting nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriervorrichtung (30) mit einer Zeituhr (19) gekoppelt ist, welche das Nachfüllventil (13) sowie das zum Umschalten der Abführleitung (6) bestimmte Umschaltventil (8) steuert

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (31) des Kondensators (9) in dem mit Flüssigkeit gefüllten Bereich mindestens zwei horizontal angeordnete scheibenförmige Verdrängungskörper (29,28) unter Freilassung eines schmalen Spaltes zwischen dem äußeren Rand der Vordränjcjngskörper und den Kondensatorflächen veriikal übereinander angeordnet sind. J5

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriervorrichtung (30) ein Grenzwertschalter ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator ein -to Zylinderkondensator (9) mit einem ringförmigen Zwischenraum (31) zwischen dem äußeren Kondensatormantel (10) und dem konzentrischen Kern (25/ ist

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden 4> Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Nachfüllventil (13) als auch das Umschaltventil (8) im Flüssigkeitsraum (b) des Speichertankt angeordnet ist