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Verfahren und Vorrichtung zur Uberwachung
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des Inhalts eines Behälters Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie
eine Vorrichtung zur Uberwachung des Inhalts eines Behälters,insbesondere eines
unterirdischen schrägliegenden zylindrischen Behälters für flüssige Kraftstoffe,unter
Verwendung einer Füllstandssonde und eines Volumenzählers zum Auslitern des Behälters.
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Die Uberwachung des Inhalts eines Behälters,beispielsweise mittels
eines Schwimmerschalters,einer Sonde oder durch elektronische,beispielsweise kapazitive
Anzeigevorrichtungen,ist auf einfache Weise nur dann möglich,wenn der durch diese
Uberwachungsmittel feststellbare Flüssigkeitsstand zuverlässig und ohne Schwierigkeiten
in eine Mengenangabe umgesetzt werden kann. Dies ist bei kubischen oder quaderförmigen
Behältern sowie bei stehenden zylindrischen Behältern der Fall,sofern die sich aus
Verformungen der Behälterwände ergebenden Abweichungen unberücksichtigt bleiben.
Eine Umsetzung der ermittelten Füllhöhe in eine Mengenangabe bei liegenden zylindrischen
Behältern ist nur mit komplizierten Umrechnungen möglich und darüber hinaus durch
Behälterneigung und Formänderungen der Behälterwandung mit erheblichen Fehlern behaftet,zumal
temperaturbedingte Volumenänderungen bei der Uberwachung des Behälterinhalts stets
unberücksichtigtEleiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren zur überwachung
des Inhalts eines Behälters,insbesondere eines unterirdischen,schräg liegenden zylindrischen
Behälters für flüssige Kraftstoffe,zu schaffen,bei welchem temperaturbedingte Volumenänderungen
bei
der Bestimmung des jeweiligen Behältervolumens als solche berücksichtigt werden,um
diese bei Flüssigkeiten mit höherem kubischen Ausdehnungskoeffizienten erheblichen
physikalischen Einflüsse korrekt von anderen volumenverändernden Vorgängen,beispielsweise
regulären Abgaben,Diebstahl oder Leckverlusten zu trennen.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet,daß eine ständi volumetrische Messung des Behälterinhalts mit gleichzeitiger
Erfassung temperaturabhängiger Volumenänderungen in Abhängigkeit von periodisch
ermittelten Füllstands- und Temperaturänderungen im Behälter mittels eines elektronischen
Rechners erfolgt,der beim ersten Befüllen mit der Lagerflüssigkeit kontinuierlich
die durch einen Volumenzähler gemessenen Einfülimengen speichert,die gespeicherten
Einfüllmengen analog dem fortschreitenden Fllungsgrad den von der Füllstandssonde
gemessenen Füllständen zuordnet und die durch Temperaturänderung der Flüssigkeit
entstehenden Volumenänderungen errecyhnet,welche mittels eines im Behälter installierten
Temperaturfühlers erfaßt werden.
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Nachfolgend soll anhand eines Ausführungsbeispiels mit-Zahlen d-ie
der Erfindung zugrundeliegende Aufgäenstellung und deren Lösung durch das erfindungsgemäße
Verfahren erläutert werden: Wie in vielen Messungen festgestellt wurde,liegt die
Temperatur von Vergaserkraftstoffen in unterirdischen Lagerbehältern zwischen 9
und 1200 (282-285 K). Bei der Anlieferung ist die Flüssigkeit im allgemeinen wärmer;
sie erreicht eine Temperatur im Tankwagen bis zu 400C (313 K).
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Der kubische Ausdehnungskoeffizient p von Vergaserkraftstoffen liegt
zwischen o,lo-und o,12 % je 0C (K). Durch die stetige Abkühlung der angelieferten
Ware im Lagerbehälter entstehen Mengenverluste, die bisher nicht überzeugend nachweisbar
sind,da diese Verluste nicht eindeutig von anderen Verlusten,z.B.durch Diebstahl,unterschieden
werden können.
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Dieser Sachverhalt soll mit folgendem Beispiel belegt werden:
In
einem Lagerbehälter mit einem Fassungsvermögen von 50.000 1 befinden sich 20000
1 Benzin (# = o,ll) mit einer Temperatur von 90C. Aus einem Tankwagen werden 34.ooo
1 Benzin mit einer 0 Temperatur von 35 C eingefüllt. Der Füllvorgang dauert ca 25
MinutenO In dieser Zeit stellt sich im Behälter eine Mischtemperatur von 2.000 x
9 + 34.000 x 35 36.000 = 33,56°C ein.
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Dabei dehnt sich die vorhandene Menge von 2oooo 1 um 2.-ooo x o,tl
x (33,56 - 9) 100 = 54,032 1 aus Die eingefüllte Menge von 34.ooo 1 verändert sich
durch die Abkühlung um 34.000 x o,ll x (33,56 - 35) 100 = - 53,86 io Während des
Befüllens entstehen somit keine nennenswerten temperaturbedingten Verluste. Da jedoch
der unterirdische Behälter ständig Wärme an seine Umgebung abgibt, wird der Inhalt
allmählich auf die Außentemperatur von 90C abgekühlt, Das Volumen ändert sich um
36.ooo x o,ll x (9 - 33,56) 100 = - 972,78 1.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung erfaßt nicht nur die Füllstände
gemäß dem Beispiel: a) vor der Nachfüllung h1 # 2.000 1 b) nach der Nachfüllung
h2 36.000 1 c) nach endgültiger Abkühlung h3 ' 36.ooo 1 - 972,78 = 35.027,22 1,
sondern berechnet auch unter Verwendung der ständig eingegebenen Temperaturen d)
vor der Nachfüllung = 90C, e) unmittelbar nach der Nachfüllung (Mischtemperatur)
= 33,560c, f) nach endgültiger Abkühlung = 90C.
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die Volumenverluste und vergleicht die errechneten Werte mit den von
der Sonde angezeigten0 Dieser ständig ablaufende Rechenvorgang ist nach endgültiger
Abkühlung besonders wichtig, da hierdurch die temperaturbedingten Volumenverluste
ermittelt werden0 Das Verfahren der Erfindung muß so schnell wie es die örtlichen
Verhältnisse erlauben,abgewickelt werden,damit die während der Befüllung entstehenden
Wärmeverluste vernachlässigbar klein sind.
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Dies kann nur mit einer hohen Füllgeschwindigkeit mit großer Impulsfrequenz
und einem schnellen Rechner - nämlich einem Mikroprozessor -erreicht werden.
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Die einmal erfaßten Inhalte für die Füllhöhen hl,h2,h3 und alle anderen
sind daher temperaturunabhängig. Somit besagt die Ubereinstimmung der Anzeige nach
endgültiger Abkühlung von 35.027,22 1 mit einem erreehneten,temperaturbedingten
Verlust von 972,78 l,daß dieser Verlust tatsächlich temperaturbedingt ist und nicht
durch eine Entnahme aus dem Behälter zustandegekommen ist.
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Zur Messung der Temperatur im Lagerbehälter vor Beginn eines Tankvorganges
und zur Messung der Temperatur im Lagerbehälter nach Beendigung des Befüllungsvorganges
genügt jeweils dieselbe Meßsonde.
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Aufgrund dieser gemessenen Werte berechnet der Mikroprozessor die
Temperatur der angelieferten Ware nach der Gleichung
In dieser Gleichung bezeichnen tB die Temperatur im Lagerbehälter vor dem Befüllen
tM die Temperatur im Lagerbehälter nach dem Befüllen, tX die Temperatur der Flüssigkeit
aus dem Tankwagen, VA das Volumen der eingefüllten Flüssigkeit, VB das Volumen der
Flüssigkeit im Lagerbehälter vor dem Befüllen.
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Aus den im Beispiel genannten Meßdaten
B = 9°C tM
= 53,56ob VA = 34.ovo 1 (36.000 - 2.ooo) VB = 2.ooo 1 errechnet der Mikroprozessor
somit tX = 33,56 (34.ooo + 2.ooo) - 9 . 20000 = 35.005ob 34.000 Es genügt somit
der Einsatz einer einzigen Meßsonde, um temperaturbedingte Volumenänderungen der
Lagerflüssigkeit mit Hilfe des Rechners zu ermitteln.
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Mit dem Verfahren der Erfindung wird eöglich,den Inhalt auch eines
schrägliegenden sowie zylindrischen Behälters fehlerfrei zu berwachen,da selbst
elastische Verformungen der Behälterwände aufgrund eines unterschiedlichen Füllstandes
berücksiaitigt werden. De überwachung erfolgt schnell,stufenlos sowie ohne bewegliche
Teile, so daß weder eine Explosionsgefahr besteht noch ein Verschleiß die Genauigkeit
beeinträchtigen kann. Da durch Eingabe der Temperatur der Flüssigkeit die temperaturbedingte
Volumenänderung im Rechner berücksichtigt wird,kann auch die letzte Fehlerquelle
ausgeschaltet werden,die bisher bei großen Temperaturunterschieden zwischen der
eingefüllten Flüssigkeit und der im Behälter vorhandenen Flüssigkeit zu nicht unbeachtlichen
Abweichungen führte.
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Sofern das Verfahren der Erfindung an einer Tankstelle mit elektronischen
Meßgeräten für die Durchflußmessung der Zapfeinrichtungen unter Verwendung von Mikrocomputern
durchgeführt wird,kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfinung als elektronischer
Rechner einer der Mierocumputer der Zapfeinrichtungen simultan verwendet werden.
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Hierdurch verringert sich der Aufwand zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auf eine Meßsonde für die Ermittlung der Füllhöhe im Behälter sowie auf
einige Impulsleitungen,da ansonsten die elektronische Einrichtung der Tankstelle
zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird.
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Auf der Zeichnung ist ein Au,sführungsbeispiel einer Vorrichtung der
Erfindung schematisch dargestellt.
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Die Zeichnung zeigt einen zylindrischen Behälter 1,der an seinen Stirnflächen
mit gewölbten Böden versehen und gegenüber der Waagerechten um den Winkel 2 geneigt
ist. Dieser Behälter 1 wird durch eine Fülleitung 3 beispielsweise mit flüssigem
Kraftstoff gefüllt.
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Die in den Behälter 1 jeweils eingefüllte Menge wird in einem Durchflußzähler
4 ermittelt,der in der Fülleitung 3 angeordnet ist.
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Bei unterirdischen Lagerbehältern für flüssige Kraftstoffe liegt der
Neigungswinkel 2 üblicherweise zwischen 1 und Die vom Durchfluß zähler 4 ermittelte
Einfüllmenge wird über eine Impulsleitung 5 einem elektronischen Rechner 6 eingegeben,der
gleichzeitig über eine Leitung 7 den durch eine Sonde 8 ermittelten Flüssigkeitsstand
mitgeteilt erhält. Beim ersten Befüllen des Behälters 1 wird auf diese Weise eine
Zuordnung des Flüssigkitsstandes zum Behälterinhalt hergestellt,welche nicht nur
die geometrische Form des Behälters 1, sondern auch evt.auftende elastische Verformungen
der Behälterwände berücksichtigt.
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Sobald der Behälter 1 zum ersten Mal vollständig gefüllt gewesen ist,kann
somit aus dem elektronische Rechner 6 in Abhängigkeit von jedem von der Sonde 8
angezeigten Flüssigkeitsstand der Behälterinhalt ermittelt werdender beispielsweise
durch eine Anzeigevorrichtung 9 angezeigt wird. Wenn als elektronischer Rechner
6 und Anzeigevorrichtung 9 Bauteile verwendet werden,die an einer Tankstelle mit
elektronischen Meßgeräten für die Durchflußmessung der Zapfeinrichtungen bereits
vorhanden sind,ist für die Ermittlung des Behälterinhalts lediglich das Anbringen
der Sonde 8 sowie der Signalleitungen 5 und 7 erforderlich.
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Zur Berücksichtigung temperaturbedingter Volumenänderungen der im
Behälter 1 lagernden Flüssigkeit ist im Behälter 1 ein Temperaturfühler 10 angeordnet,der
ebenfalls über eine Leitung 11 mit dem elektronischen Rechner 6 verbunden ist. Durch
periodisch mittels der Sonde 8 und des Temperaturfühlers 10 ermittelte Füllstands-
und Temperaturänderungen im Behälter 1 ist der Rechner 6 in der Lage, die durch
Temperaturänderungen der Flüssigkeit entstehenden Volumenänderungen zu errechnen
und als solche bei der Uberwachung des Be -hä-lterinhalts zu berücksichtigen.