DE3153376C2 - Device for gravimetric determination of the quantity of a fluid, especially of mineral oil products in a large tank - Google Patents
Device for gravimetric determination of the quantity of a fluid, especially of mineral oil products in a large tankInfo
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- G01L9/0089—Transmitting or indicating the displacement of pistons by electrical, electromechanical, magnetic or electromagnetic means
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gravimetrischen
Bestimmung der in einem feststehenden Tank, vorzugsweise einem
Großtank enthaltenden oder daraus entnommenen Menge einer
Flüssigkeit, deren Druck über einer definierten Fläche an eine
Kraftmeßeinrichtung angelegt wird.
Es besteht in der Praxis ein großes Bedürfnis nach äußerst
genauer Meßung eines Druckes, insbesondere der stationären oder
quasi-stationären Druckes eines Fluids, z. B. zur Bestimmung der
Masse des Inhalts von Stehtanks eines Tanklagers für
Erdölprodukte. Diese Bestimmung der Menge von Erdölprodukten in
Stehtanks ist bisher mit erheblichen Problemen verbunden. Wegen
der Schwierigkeit der Messungen, insbesondere auf dem Umweg über
das Volumen, ergeben sich unter anderem durch
Temperatureinflüsse beim Erdöl, sowie insbesondere von Fehlern
wie Ablese-Ungenauigkeiten bei der Meßwerterfassung, insgesamt
Fehlerquotienten in der Größenordnung von +/- 0,5% beim Volumen
und +/- 1% bei der Masse. Diese Fehlerbereiche sind angegeben in
der CH-Z: "Schweizer Ingenieur und Architekt", Nr. 5, 1980,
H. Lerch: Zur Bestimmung der Menge von Erdölprodukten in
Stehtanks.
Um die Auswirkungen derartiger Abweichungen am Beispiel eines
Tanklagers für Erdöl deutlich zu machen, sei erwähnt, daß der
Betrag solcher Meßwerttoleranzen, in Geldwert ausgedrückt, bei
einer einzigen Tankladung eine Summe von 500 000,- erreichen
kann. Besonders nachteilig wirken sich diese Meßfehler-Größenordnungen
aus, wenn beispielsweise beim Ein- und Auslagern
von Teilmengen im Tank die Differenz zweier Messungen einen
Mengenbetrag ergibt, wobei sich die Fehler ungünstigstenfalls
addieren.
Aus der DE-PS 12 98 731 ist eine Vorrichtung der oben genannten
Art bekannt. Dabei ist ein in einem bestimmten Verhältnis zum
Hochbehälter ausgeführter und in gleicher Höhe stehender
zylindrischer Meßbehälter angeordnet, der durch ein Stahlrohr
mit elastischem Zwischenglied mit dem Hochbehälter nach dem
Prinzip der kommunizierenden Röhren verbunden ist. Der
Meßbehälter steht auf einer Brückenwaage, die in den Boden
eingelassen ist. Derartige Hochbehälter haben beispielsweise
Höhen von 25 m. Dies bedeutet, daß auch der Meßbehälter eine
derartige Höhe aufweisen muß. Dies führt zu Problemen, die eine
Durchsetzung der bekannten Vorrichtung in der Praxis verändert
haben. So kann der Meßbehälter nicht frei aufgestellt sein,
sondern benötigt eine allseitige seitliche Führung, die
zwangsläufig auf Grund der Reibung zu Meßfehlern führt. Der
Meßbehälter ist zwar über ein elastisches Zwischenglied mit dem
Hochbehälter verbunden, dennoch ergibt sich auch hier wegen der
großen Übersetzungsverhältnisse im Bereich von 1 : 1000 ein nicht
zu vernachlässigender Fehler. Eine Ausdehnung bzw. Kontraktion
des verbindenden Stahlrohrs bringt ferner eine weitere seitliche
Belastung mit sich, was sich auf die seitliche Führung der
Wagenbrücke nachteilig auswirkt. Ein wesentlicher, nicht zu
übersehender Nachteil ist der immense Bau- und auch
Platzaufwand, einmaß bezüglich des hohen Meßkolbens und zum
anderen bezüglich der Brückenwaage.
Das DE-GM 19 63 985 offenbart ein Anzeigeinstrument für den
Druck gasförmiger oder flüssiger Medien mit einem langen, mit
einer Skala versehenen Führungsrohr, in dem ein an einer
Zugfeder befestigter Kolben gleiten kann. Beim Anlegen von Druck
an das Führungsrohr wird der Kolben entgegen der Wirkung der
Feder im Führungsrohr verschoben, wobei auf der Skala der
anliegende Druck abgelesen werden kann. Der Kolben ist mit
umfangsmäßig verteilten Taschen versehen und wird durch
Auslecken des Druckmediums schwebend gehalten. Bei einem sehr
geringen Druck kommt der Kolben jedoch nicht zum Schweben,
während bei einem sehr hohen Druck ein erhebliches störendes
Lecken auftreten wird.
Die DE-PS 9 19 679 befaßt sich mit einem selbstzentrierenden
Kolben zur Anwendung in der Regel- und Meßtechnik. Hierbei ist
wiederum in einem zylindrischen Kanal ein Kolben geführt, bei
dem am Anfang im Abstand von seinen Stirnflächen ebene
Ausnehmungen vorgesehen sind. Die eine Stirnflächenebene des
Kolbens ist mit Zulaufkanälen versehen, über die die
Ausnehmungen mit der dem Druckmedium ausgesetzten Seite des
Kolbens verbunden sind. Der Kolben wird durch den Druck in den
Ausnehmungen zentriert gehalten. Auch hier ist der Grad der
Zentrierung und die austretende Menge an Leckflüssigkeit
abhängig vom auf den Kolben wirkenden Druck.
Demzufolge liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
gravimetrischen Bestimmung der in einem feststehenden Tank
enthaltenen oder daraus entnommenen Menge einer Flüssigkeit
anzugeben, die bei einfachem und äußerst kompakten Aufbau eine
erheblich verbesserte Meßgenauigkeit bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.
Bei einem berührungslos in dieser Weise geführten
Kolben ist die Wandreibung zwischen Kolben und Zylinder
vernachlässigbar klein, insbesondere bei einem unbeweglich von
der Kraftmeßeinrichtung im Zylinder gehaltenen Meßkolben. Dabei
wirkt auf die Kolbenfläche ausschließlich der zu messende
Druck und kann daher bei Abstützung des Kolbens gegen eine
praktisch hubfreie Wägezelle als Kraftmeßvorrichtung ein Ergebnis
höchster Genauigkeit liefern.
Die erfindungsgemäße Kraft-Meßeinrichtung ist dadurch geeignet,
die bisherigen Meßunsicherheiten und Unwägbarkeiten nahezu
vollständig zu eliminieren. Insbesondere fällt bei der
Wägung des Druckes einer Flüssigkeitsäule als Basis-Faktor
einer gravimetrischen Mengenbestimmung der Einfluß der
Temperatur weg und bleibt damit außer Betracht.
Wegen der Unkompliziertheit der Kraftmeßeinrichtung
wird dieses Ergebnis mit vergleichsweise geringem Aufwand
erzielt.
Das Meßsystem ist darüber hinaus bezüglich seines Standortes
entfernungsunabhängig, da mit stehender Drucksäule gemessen
wird und infolgedessen in den Meßleitungen keine Bewegung,
somit keine Widerstände und Druckveränderungen auftreten
können.
Dabei ist es für die Funktion wichtig, daß
das Trennfluid einen höheren Druck aufweist, als das zu
messende Fluid.
Ein hohes Maß an Flexibilität in der Anwendung der Vorrichtung
zum Messen eines Druckes
ergibt sich auch dadurch, daß als Trennfluid sowohl das den
Druck erzeugende Fluid verwendet werden kann, als auch
alternativ eine beliebige, gegebenenfalls andere
Flüssigkeit, oder auch ein Gas, vorzugsweise Luft.
Bei Verwendung des den Druck erzeugenden Fluids als
Trennfluid ist es notwendig, daß dieses vor der Einleitung
in den Zylinder im Druck erhöht wird.
Ferner kann als Trennfluid auch eine Flüssigkeit verwendet
werden, die ein höheres spezifisches Gewicht aufweist als
die zu messende Flüssigkeit, die sich mit dieser nicht
mischt und darüber hinaus nicht brennbar und
explosionsgefährdet ist. Als Beispiel wäre zu nennen:
Inhaltsmessung eines Benzol-Tankes mit Wasser als
Trennfluid. Dabei kann insbesondere bei Anordnung eines
Trenngefäßes, in welchem sich ein Berührungs-Horizont der
beiden unterschiedlichen Fluide ausbildet, die Differenz
der spezifischen Gewichte der Fluide vernachlässigt werden,
wenn nur Mengen-Differenzen des zu messenden Fluids
festzustellen sind.
Die absolute Höhe des Druckes für das Trennfluid ist von
einer Reihe von Parametern abhängig und daher ziffernmäßig
nicht festgelegt. Immerhin hat das Trennfluid die beiden
Funktionen, die Meßkammer im Zylinder, das heißt, den vom
zu messenden Druck beaufschlagten Raum zwischen Zylinder
und Kolben gegenüber Druckverlust abzudichten und
darüberhinaus in Form einer Schmiermittelschicht den Spalt
zwischen Kolben und Zylinderwand so aufrechtzuhalten, daß
eine Berührung der Wände nicht erfolgen kann.
Dabei hängt die Druckhöhe des Sperrfluids in erster Linie
von dessen kinetischer Zähigkeit ab, die bei Gasen oder
Flüssigkeiten sehr große Unterschiede aufweist, ferner von
Flächengrößen und Höhe des Spaltes sowie in geringerem Maße
von der Temperatur des Systems.
Die Lehre, daß der Druck des Sperrfluids höher sein muß als
der Druck des zu messenden Fluids besagt demnach, daß
dieser Druck wenigstens so hoch sein muß, daß die
Sperrfunktion gegenüber dem Meß-Fluid und der
berührungslose Zustand Kolben/Zylinder erreicht werden.
Infolge der mit der Erfindung erzielbaren höheren
Genauigkeit bei äußerst unkomplizierter Vorgehensweise und
meßtechnischem Aufwand ergeben sich mit der Erfindung
besondere Vorteile bei deren Anwendung auf die
gravimetrische Bestimmung der Menge von Erdölprodukten in
einem feststehenden Tank, vorzugsweise in einem Großtank.
Hierdurch wird nämlich der bisherige Fehlerquotient bei der
Ermittlung der gravimetrischen Menge von annähernd ± 1% um
mindestens eine Zehnerpotenz auf wenigstens ± 0,1%
herabgesetzt. Denn bei der
Mengenbestimmung durch den Druck der Flüssigkeitssäule
entfallen, wie bereits erwähnt, außer dem Einfluß der
Temperatur auch andere Fehler, die bei der Ermittlung des
Mengengewichtes auf dem Umweg über das Volumen auftreten,
wie zum Beispiel Ablese-Ungenauigkeiten bei der
Pegelmessung. Darüberhinaus ist das Auflösevermögen einer
Hochpräzisions-Waage allen anderen Meß-Methoden überlegen.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Vorrichtung ist
vorgesehen, daß der Druck von dem zu bestimmenden Fluid
unmittelbar auf den Kolben übertragen wird.
In diesem Falle ist beispielsweise die Leitung vom Tank bis
zum Meßkolben von diesem Fluid erfüllt.
Fallweise, insbesondere bei längerer Leitungsführung, wenn
ein Netz von mit Fluid gefüllten Meß-Leitungen aus
Sicherheitsgründen unerwünscht sein könnte, kann
von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß
der Druck von dem zu bestimmenden Fluid durch ein Gas,
vorzugsweise Luft, unmittelbar auf den Kolben übertragen
wird.
Der Vorteil der Vorrichtung liegt überwiegend in ihrer
unkomplizierten Ausgestaltung sowie Genauigkeit
beim Meßergebnis infolge der berührungsfreien Führung des
Meßkolbens. Da der Meßkolben infolge der Abstützung gegen
die Meßzelle zusammen mit dieser ein hubfreies Wäge-System
darstellt, ist der mögliche Reibungseinfluß durch die
dynamischen Kräfte des Trennfluids bei entsprechender
Ausführung des Kolbens bzw. der Taschen vernachlässigbar
klein, daß heißt praktisch Null. Damit entfällt jeglicher
Reibungs-Einfluß zwischen Kolben und Zylinder, zumindest im
Bereich meßbarer Größen.
Bei Verwendung einer Flüssigkeit als Trenn-Fluid ist in
weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß der Zylinder einen
als Auffangwanne für das Trenn-Fluid ausgebildeten Boden
mit Anschluß an eine Leckstrom-Rückführungsleitung des
Versorgungssystems aufweist, und daß in dem Boden eine
zentrale Öffnung zur berührungslosen Durchführung eines
Stützelementes vorgesehen ist, mit dem sich der Meßkolben
gegen einen Meßwertgeber abstützt.
Bei Anwendung der Erfindung auf die gravimetrische
Bestimmung der Menge von Erdölprodukten in einem
feststehenden Tank, vorzugsweise in einem Großtank, ist
vorgesehen, daß der Meßwertgeber an einen Rechner
angeschlossen ist, dem zur Berechnung des gravimetrischen
Tankinhaltes weitere Parameter wie die Größe der wirksamen
Kolbenfläche des Meßkolbens, das Integral der wirksamen
Querschnittsfläche des Tanks mit dessen Veränderung unter
dem Einfluß von Temperatur sowie von Gewichtskräften der
Flüssigkeit zur Berechnung und Korrektur aufgeschaltet sind.
Und schließlich kann dabei gegebenenfalls ein Netz von
Meßleitungen vorgesehen sein, welches mit einem mehrere
Tanks umfassenden Tanklager verbunden ist, und das zum Zu-
und Abschalten einzelner Tanks mit einer Gruppe von
Schaltorganen ausgestattet ist.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß mehrere Tanks an die
Meßeinrichtung abwechselnd angeschlossen
werden können. Dies ist nicht nur möglich bei Tanks mit
gleichen Flüssigkeitsmedien, sondern auch bei Tanks mit
unterschiedlichen Flüssigkeitsmedien, sofern
der Flüssigkeitsdruck durch ein Gas
mittelbar auf den Kolben übertragen wird, oder sofern bei
unmittelbarer Übertragung des Flüssigkeitsdrucks auf den
Kolben eine zusätzliche Einrichtung zum Leerblasen der
Meßleitungen vor dem Wechsel eines Tanks vorgesehen ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung zur
gravimetrischen Tank-Inhalts-Messung, teils im
Schnitt, teils als Blockschaltbild dargestellt,
Fig. 2 ein Mineralöl-Tanklager mit mehreren Großtanks,
angeschlossen über ein Netz von Meßleitungen an
eine Vorrichtung zum Messen des
stationären Druckes einzelner Flüssigkeits-Säulen,
in schematischer Darstellung,
Fig. 3 eine Zapfsäule für Mineralöl-Produkte mit einer
Vorrichtung zur gravimetrischen
Tankinhalts-Messung, teils im Schnitt, teils als
Blockschaltbild dargestellt,
Fig. 4 eine Vorrichtung ähnlich Fig. 1,
jedoch mit pneumostatischer Gas-Schmierung des
Meßkolbens, im Schnitt.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 zeigt den Vorratstank 1 mit der
Tankfüllung 2, beispielsweise einem Mineralöl-Produkt,
dessen Füllhöhe H₁ im Tank 1 mit der
Vorrichtung 3 zum Messen eines Druckes zu ermitteln ist.
Bei dem Tank 1 handle es sich, um bei einem praxisnahen
Beispiel zu bleiben, um einen sogenannten oberirdischen
Stehtank in zylindrischer Bauweise aus Stahl mit vertikaler
Achse, mit einem angenommenen Durchmesser von 50 m und
einer Höhe des zylindrischen Körpers von 25 m. Bei diesem
beträgt das Fassungsvermögen etwa 50 000 Tonnen Mineralöl.
Zum Ein- und Auslagern von Teilmengen seines Inhalts ist
der Tank 1 beispielsweise an ein unterirdisches Netz von
Versorgungsleitungen angeschlossen, von denen in der
schematischen Darstellung nur ein Zweig 4 der Hauptleitung
mit dem Absperrorgan 5 dargestellt ist. Die Leitung 4 habe
einen Nenndurchmesser von 400 mm. An diese angeschlossen
ist eine Meßleitung 6 der Nennweite 10 mm, die über ein
Filter 7 direkt auf den Zylinder 8 der
Meßvorrichtung 3 aufgeschaltet ist. Die Meßvorrichtung 3
ist gegebenenfalls in einem nicht dargestellten Meßraum
unter Fluor stationär unter dem Niveau des Tankbodens 9
angeordnet. Im Zylinder 8 befindet sich der Meßkolben 10,
in dessen Außenwandung eine Anzahl von Taschen 11
angeordnet sind, die an eine Versorgungseinrichtung 12 für
ein hydrostatisches Fluid mittels Kanälen 13 angeschlossen
sind. Als hydrostatisches Fluid, auch als Trennfluid
bezeichnet, ist im vorliegenden Fall das Mineralöl des
Tanks 1 verwendet. Entsprechend ist die
Versorgungseinrichtung 12 mit einer Zweigleitung 14 an die
Leitung 4 des Tanks 1 angeschlossen. Die
Versorgungseinrichtung umfaßt im übrigen die Pumpe 15, das
Filter 16 und die Druckleitung 17, welche das als
Trennfluid verwendete Mineralöl unter erhöhtem Druck durch
die Kanäle 13 in die Taschen 11 zwischen Kolben 10 und
Zylinderwand drückt. Lecköl wird durch die Kanäle 18 in der
Wand des Zylinders 8 zu dessen Boden 19 abgeleitet, welcher
hierfür Auffangtaschen 20 aufweist. Rückfließendes
Trennfluid wird über eine Lecköl-Rückführungsleitung 21 mit
der Pumpe 22 und der Leitung 23 mit dem Rückschlagventil 24
in die Hauptleitung 4 zurückgepumpt. Unter dem Einfluß des
von der Versorgungseinrichtung 12 unter Druck in die
Taschen 11 des Kolbens 10 eingeführten Trennfluids, wobei
dieses im vorliegenden Ausführungsbeispiel dem zu messenden
Mineralöl entnommen ist, "schwimmt" der Kolben 10
berührungslos im Gehäuse des Zylinders 8 und ist somit im
Ruhezustand praktisch frei von jeder äußeren
Kräftebeeinflussung, oder - anders ausgedrückt - der Kolben
10 wird im Zylinder 8 berührungsfrei und damit reibungsfrei
geführt. Dabei stützt sich der Kolben 10 über das
Stützelement 25 vertikal nach unten gegen den Meßwertgeber
26 ab, der im Gestell 27 der Vorrichtung 3 fest angeordnet
ist. Das Gestell 27 ist im übrigen zur absolut vertikalen
Ausrichtung der Meßvorrichtung 3 mit einstellbaren
Gewindefüßen 29 auf dem Boden eines Fundamentes 31
angeordnet. An den Meßwertgeber 26 sind mit einer
Signalleitung 32 die zur Meßwerterfassung- und Berechnung
benötigten elektronischen Funktionseinheiten angeschlossen,
und zwar ein Signalverstärker 33, eine Eingabeeinheit 34
zum Aufschalten von Parametern zur Fehlerkorrektur wie
beispielsweise Temperatur und Flüssigkeitsdruck als äußere
Einflüsse, die eine Dehung des Behälters 1 verursachen.
Alle der Eingabeeinheit 34 aufgeschalteten Signale werden
von dieser über die Signalleitungen 35 auf den Rechner 36
übertragen, der den korrigierten Wert des gravimetrischen
Behälterinhaltes errechnet, und diesen durch die
Signalleitung 37 auf die Anzeigeeinheit 38 überträgt. Die
Anzeigeeinheit kann, wie bekannt, nach freiem Ermessen mit
einem Drucker ausgestattet sein, der jedoch aus Gründen der
Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Die Funktion der in Fig. 1 dargestellten
Druckmeßvorrichtung 3 ist denkbar einfach. Durch einen Teil
der Leitung 4 und die daraus abzweigende Meßleitung 6, die
unmittelbar auf die Meßanordnung 3 aufgeschaltet ist, wird
die Meßkammer 39 zwischen Zylinderdeckel 40 und Oberseite
41 des Kolbens 10 unmittelbar vom Druck der anstehenden
Flüssigkeitssäule H₁ im Tank 1 belastet. Der Kolben 10
überträgt diese Last durch das Stützelement 25, das durch
eine konzentrische Öffnung 42 im Boden 19 des Zylinders 8
berührungsfrei geführt ist, auf den Meßwertgeber 26, der
diesen Meßwert durch die Signalleitung 32 auf den
Signalverstärker 33 und über die Eingabeeinheit 34 auf den
Rechner 36 überträgt, so daß schließlich das Gewicht der
Flüssigkeitssäule H₁ plus H N (H N = Höhendifferenz
zwischen Tankboden 9 und Oberseite 41 des Kolbens 10)
gemessen wird. Dabei ist für die Qualität des
Meßergebnisses von besonderer Bedeutung, daß die
temperaturbedingte Dehnung oder Kontraktion der
Flüssigkeitssäule bei der Messung des Gewichtes keine Rolle
spielt. Zum besseren Verständnis dessen sei es gestattet,
als Beispiel einen Festkörper zu betrachten: Ein
Aluminiumrohr von 20 m Höhe habe ein Gewicht von 20 kp. Das
Rohr dehne sich unter dem Einfluß einer Temperatur um 10 mm.
Das Gewicht bleibt dennoch exakt 20 kp. Das Rohr
kontrahiere sich unter dem Einfluß einer Temperatur um
10 mm. Das Gewicht bleibt dennoch exakt 20 kp. Genau die
gleichen Verhältnisse ergeben sich verständlicherweise bei
der Gewichtsbestimmung der Flüssigkeitssäule. Diese mag
sich unter dem Einfluß ändernder Temperaturen im Volumen
beliebig ändern, so bleibt doch ihr Gewicht davon unberührt
konstant.
Deshalb wird bei der gravimetrischen Meßvorrichtung
der bisher am schwierigsten zu eliminierende
Einfluß der Temperatur, welcher bei der bisher üblichen
volumetrischen Messung des Tankinhalts und Errechnung der
Masse durch Erfassen des spezifischen Gewichts so
nachteilig ins Gewicht fiel, vollständig eliminiert.
Insbesondere ist dabei zu berücksichtigen, daß bei Tanks
derartiger Größenordnungen in verschiedenen Höhenschichten
ganz unterschiedliche Temperaturen und damit ganz
unterschiedliche Dichteverhältnisse angetroffen werden.
Alle diese dem Temperatureinfluß zuzuschreibenden
Fehlerquellen werden mit der Erfindung vermieden.
Diese hat aber noch den weiteren Vorteil, der sich aus
ihrer Funktion von selbst ergibt: Wenn nämlich, wie es in
der Praxis fast ausschließlich der Fall ist, mittels zweier
Volumenbestimmungen lediglich Differenzbeträge gemessen
werden sollen, die sich durch Ein- oder Auslagern von
Teilmengen des Tankinhaltes ergeben, so konnten sich bei
der Meßmethode nach dem Stand der Technik die Fehler der
beiden Messungen im ungünstigsten Falle addieren. Nach der
Erfindung ist dies ausgeschlossen.
Dazu sei am vorliegenden Beispiel die Bestimmung einer
Abfüllmenge betrachtet, die sich ergibt aus H₁ minus H₂ =
Δ H.
Mit Hilfe des wirksamen Flächenintegrals
geteilt durch die wirksame Fläche des Meßkolbens 10,
errechnet durch die wirksame Fläche des Meßkolbens 10,
errechnet sich das Gewicht der abgegebenen
Flüssigkeitsmenge in Tonnen. Da die dem Mineralöl
innewohnende Primärenergie zum Beispiel bei Verwendung als
Brennstoff an das Gewicht gebunden ist, interessiert beim
Handel mit Mineralöl ausschließlich das Gewicht. Das
gleiche gilt beim Handel von Mineralölprodukten zum Zweck
der petrochemischen Weiterverarbeitung in der chemischen
Industrie.
Bei dem angenommenen Beispiel der Feststellung der
Gewichtsdifferenz Δ H wird vor der Abfüllung mit der
Vorrichtung 3 nach Fig. 1 die
Flüssigkeitssäule H₁ gemessen, wobei der Wert mit einem
Fehlerquotienten kleiner 1% ermittelt wird. Das gleiche
wird am Schluß der Teil-Entleerung durch gravimetrische
Messung der Rest-Flüssigkeitssäule H₂ mit gleicher
Genauigkeit durchgeführt, wobei sich aus der Differenz der
beiden Beiträge Δ H ergibt. Die entsprechende Gewichtsdifferenz
Δ G errechnet sich demnach aus Δ G = Δ H · K;
hierbei ist K der fehlerbereinigte Quotient des
Flächenverhältnisses Tank/Meßkolben.
Das Beispiel läßt erkennen, daß mit dem Verfahren und der
Vorrichtung die Berechnung einer
Tankinhalts-Differenz unkompliziert, mit einem Bruchteil
des bisherigen Arbeitsaufwandes und infolge Wegfall der
lästigen und fehlerträchtigen Dichtebestimmungen schnell
und zuverlässig durchgeführt werden kann, wobei die
Fehlerquotienten wenigstens eine Zehnerpotenz geringer sind
als bei Meßmethoden vom Stand der Technik.
Die Darstellung in Fig. 2 zeigt ein Tanklager 43, wie es an
großen Umschlagplätzen für die Mineralölwirtschaft üblich
ist, in schematischer Darstellung. Aus dem Tanker 44 wird
über ein Leitungsnetz 45 Rohöl in die Tanks 46 gepumpt.
Diese sind durch Meßleitungen 47 über eine Gruppe von
Schaltorganen 48 mit der Meßvorrichtung
50 verbunden, die in dem Meßraum 49 untergebracht sind. Von
einem beliebig entfernten Schalt- und Meßpult 51 können die
Meßleitungen 47 durch die Schaltorgane 48 zu- und
abgeschaltet, und damit einzelne Tanks 46 mit der
Meßeinrichtung 50 über jeweils eine Meßleitung 47 in
Verbindung gesetzt werden. Die Darstellung ist im übrigen
selbsterläuternd. Sie zeigt einen typischen, besonders
vorteilhaften Anwendungsfall für die Erfindung.
In Fig. 3 ist die Vorrichtung 3
anhand einer
Abfülleinrichtung einer Mineralöl-Station dargestellt. Der
zumeist unterirdisch angelegte Vorratstank 1 steht über
eine Entnahmeleitung 52 mit dem Filter 53 und der
Umfüllpumpe 54 mit dem ortsfest angeordneten Meßtank 55 in
Verbindung. Dieser wird bis zu einer beliebigen Füllhöhe
H₃ gefüllt, bei welcher das Zählwerk 56 der Zapfsäule auf
Null gestellt wird. Nach Ablassen einer Zapfmenge,
dargestellt durch den Pfeil 57, in das Tankfahrzeug 58 und
Schließen des Hahnes 59 wird das Niveau H₄ des
Meßtanks 55 mit der Vorrichtung 3
ermittelt und die entnommene Menge in Gewichtseinheiten
durch die elektronische Einheit 60, bestehend aus dem
Signalverstärker 33 und der Rechnereinheit 34 errechnet und
dem Zählwerk 56 der Tanksäule 61 aufgeschaltet. Bei einem
vorgegebenen Soll-Wert kann eine Zusatzeinrichtung 80 das
automatische Schließen des Zapfhahnes 59 vornehmen.
Die Meßvorrichtung 3 wird in der vorgängig
beschriebenen Weise durch die Versorgungseinrichtung 12 mit
Sperrfluid, das der zu messenden Mineralöl-Flüssigkeit
entnommen ist, unter erhöhtem Druck durch die Pumpe 15
versorgt, wobei rücklaufende Leck-Flüssigkeit durch die
Pumpe 22 zurückgefördert wird.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sei die abzufüllende
Mineralöl-Flüssigkeit ein Propan/Butan/Gemisch, das unter
Raumtemperaturen von ca. 20°C einen Dampfdruck in der
Größenordnung von annähernd 0,5 bis 1,5 bar aufbaut. Dieser
Dampfdruck belastet die Flüssigkeitsspiegel 80 und 81 vom
Vorratstank 1 und Meßtank 55, wobei durch die Leitung 62
beide Dampfräume gegeneinander ausgeglichen sind. Zur
Eliminierung des Dampfdruck-Einflusses auf das Meßergebnis
ist die Meßvorrichtung 3 mit einem doppelseitig
geschlossenen Meß-Zylinder 63 ausgestattet, wobei der
Meßkolben 10 von oben durch die Flüssigkeitssäule H₃ bzw.
H₄ zuzüglich Dampfdruck beaufschlagt ist, und von unten
mit der Leitung 64 ebenfalls vom Dampfdruck. Auf diese
Weise kompensiert sich der Einfluß des Dampfdruckes auf
Null, und die Einflüsse sowohl von Dampfdruck als auch von
Temperatur sind eliminiert, so daß die
gewünschte Messung der Gewichtsdifferenz H₃ minus H₄ =
Δ H fehlerfrei ausfällt.
Die Zapfsäule mit der Meßvorrichtung
überwindet Schwierigkeiten und grobe Fehler bei der
Inhaltsmessung, die bisher bei einem auf einer
Wägeeinrichtung aufgestellten Meßtank durch den
unkalkulierbaren Einfluß der Zu- und Ableitungsorgane
unvermeidlich in Kauf genommen werden mußte.
Mit der Erfindung kann der Meßtank 55 ortsfest installiert
und mit der Meßvorrichtung 3 ausgestattet
werden, wodurch eine Meßgenauigkeit von weniger als 1‰
Fehler erreicht wird. Die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe wird demnach optimal gelöst.
Die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung ist auch als
Tankstelleneinrichtung zur Betankung von PKW's und LKW's
gedacht.
Ferner ist auch an eine Direktentnahme aus dem waagrecht
liegenden Bodentank unter Einrechnung der Tankkonfiguration
gedacht.
In diesem Fall ist die Wägeeinrichtung
unterhalb des zu messenden Flüssigkeitsspiegels anzuordnen.
Eine wesentlich vereinfachte, in ihrer Funktion jedoch
gleichartige Meßvorrichtung zeigt Fig. 4.
Dabei wird die Vorrichtung 3 zum Messen des Druckes im
Tank 1, die ebenfalls einen Zylinder 8 und einen Meßkolben
10 umfaßt, zum Unterschied zu den vorgängig beschriebenen
Ausführungsformen mit einem pneumatischen Trennfluid
beaufschlagt, wobei sich in den Taschen 11 des Kolbens 10
zur berührungslosen Führung als Schmiermittel ein Gas,
nämlich Luft, befindet, das unter Druck zugeführt wird. Die
Luft wird mit dem volumetrisch fördernden
Kolben-Kapselgebläse 66 in regelbarer Menge und mit
regelbarem Druck aus der Atmosphäre über die
Druckleitung 67 in das System eingeleitet. Eine ringförmige
Entlastungstasche 68 im Meßkolben 10, die mit einem
Auslaßstutzen 69 im Mantel des Zylinders 8 zusammenwirkt,
ist vorgesehen, um ein Überfluten von Sperrluft aus den
Taschen 11 in den Raum der Meßkammer 39 zu verhindern. Im
Tank 1 ist ein Meßrohr 70 angeordnet, das von dicht
unterhalb des Daches 71 nach unten in Richtung des Bodens 9
verläuft. Dieses Meßrohr 70 endet in einer kleinen
Tauchglocke 72, die mit einem Auslaßstutzen 73 ausgestattet
ist. Das Meßrohr 70 steht in Verbindung mit der
Meßleitung 74, welche an ein ebenfalls in Druck und Menge
regelbares Kolbenkapselgebläse 75 angeschlossen ist. Der
Meßkolben 10 ist im übrigen mit dem
Stützelement 25 gegen den Meßwertgeber 26 abgestützt,
dessen Signal über die Signalleitung 32 in der vorgängig
beschriebenen Weise über den Eingangsverstärker 33 sowie
die Eingabeeinheit 34 zum Aufschalten von Parametern zur
Fehlerkompensation und über einen Rechner 36 sowie den
Endverstärker 65 geleitet wird, worauf in der
Anzeigeeinheit 38 das gemessene und errechnete
Gewichts-Ergebnis digital angezeigt wird.
Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:
Durch Ingangsetzen des Gebläses 66 wird die Berührung zwischen dem Meßkolben 10 und dem Zylinder 8 aufgehoben, und dieser infolgedessen berührungslos und reibungslos geführt. Danach wird das Gebläse 75 inganggesetzt, welches Luft in regelbarer Menge und mit regelbarem Druck in die Meßleitung 74 und das Meßrohr 70 sowie die Tauchglocke 72 fördert. Die Luft erfüllt das ganze System bis zu dem Pegel 76 der durch den Auslaß 73 exakt definiert ist. Das Gebläse 75 wird mit einem Druck, der geringfügig höher als der Druck der verdrängten Flüssigkeitssäule sein muß, eingestellt, und mit konstantem Liefervolumen derart gefahren, daß zum Auslaß 73 pro Zeiteinheit wenige kleine Luftbläschen austreten, die dafür sorgen, daß das untere Meßniveau 76 in der Tauchglocke 72 unter allen Bedingungen und Füllhöhen auf Bruchteile von Millimetern genau eingehalten wird. Das Austreten der Luftbläschen könnte beispielsweise durch ein an der Tauchglocke installiertes Mikrophon akustisch festgestellt werden.
Der dabei in der Meßleitung 74 anstehende Druck entspricht exakt dem Druck der Flüssigkeitssäule zwischen dem oberen Flüssigkeitsniveau H₀ und dem konstanten unteren Meß-Niveau H u , welches dem Referenz-Flüssigkeitsspiegel 76 entspricht. Bei Veränderung des oberen Flüssigkeitsniveaus H o durch Auffüllen oder Entleeren des Tanks 1 wird die Gewichtsveränderung in der gleichen Weise meßtechnisch erfaßt, wie dies in der beispielhaften Funktionsbeschreibung der Fig. 1 oder Fig. 3 vorgängig geschildert wurde. Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 wird lediglich im Unterschied zu diesen Ausführungen keine Flüssigkeit in der Meßleitung 74 geführt, sondern der Druck der zu messenden Flüssigkeitssäulen H o bzw. H u wird durch Gas, nämlich Luft, in die Meßkammer 39 und damit auf die Oberfläche des Kolbens 10 übertragen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Einrichtung außerordentlich einfach ist und daß die Meßleitungen nicht mit dem zu messenden Medium gefüllt sein müssen.
Durch Ingangsetzen des Gebläses 66 wird die Berührung zwischen dem Meßkolben 10 und dem Zylinder 8 aufgehoben, und dieser infolgedessen berührungslos und reibungslos geführt. Danach wird das Gebläse 75 inganggesetzt, welches Luft in regelbarer Menge und mit regelbarem Druck in die Meßleitung 74 und das Meßrohr 70 sowie die Tauchglocke 72 fördert. Die Luft erfüllt das ganze System bis zu dem Pegel 76 der durch den Auslaß 73 exakt definiert ist. Das Gebläse 75 wird mit einem Druck, der geringfügig höher als der Druck der verdrängten Flüssigkeitssäule sein muß, eingestellt, und mit konstantem Liefervolumen derart gefahren, daß zum Auslaß 73 pro Zeiteinheit wenige kleine Luftbläschen austreten, die dafür sorgen, daß das untere Meßniveau 76 in der Tauchglocke 72 unter allen Bedingungen und Füllhöhen auf Bruchteile von Millimetern genau eingehalten wird. Das Austreten der Luftbläschen könnte beispielsweise durch ein an der Tauchglocke installiertes Mikrophon akustisch festgestellt werden.
Der dabei in der Meßleitung 74 anstehende Druck entspricht exakt dem Druck der Flüssigkeitssäule zwischen dem oberen Flüssigkeitsniveau H₀ und dem konstanten unteren Meß-Niveau H u , welches dem Referenz-Flüssigkeitsspiegel 76 entspricht. Bei Veränderung des oberen Flüssigkeitsniveaus H o durch Auffüllen oder Entleeren des Tanks 1 wird die Gewichtsveränderung in der gleichen Weise meßtechnisch erfaßt, wie dies in der beispielhaften Funktionsbeschreibung der Fig. 1 oder Fig. 3 vorgängig geschildert wurde. Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 wird lediglich im Unterschied zu diesen Ausführungen keine Flüssigkeit in der Meßleitung 74 geführt, sondern der Druck der zu messenden Flüssigkeitssäulen H o bzw. H u wird durch Gas, nämlich Luft, in die Meßkammer 39 und damit auf die Oberfläche des Kolbens 10 übertragen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Einrichtung außerordentlich einfach ist und daß die Meßleitungen nicht mit dem zu messenden Medium gefüllt sein müssen.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur gravimetrischen Bestimmung der in einem
feststehenden Tank, vorzugsweise einem Großtank,
enthaltenen oder daraus entnommenen Menge einer
Flüssigkeit, deren Druck über einer definierten Fläche an
eine Kraftmeßeinrichtung angelegt wird, dadurch
gekennzeichnet,
daß die definierte Fläche der Stirnfläche (41) eines Meßkolbens (10) ist, der in einem Zylinder (8) berührungslos hydrostatisch oder pneumostatisch gelagert ist,
daß in der Außenwand des Meßkolbens (10) und/oder der Innenwand des Zylinders (8) Taschen (11) vorgesehen sind, die an ein Fluid-Versorgungssystem (12) angeschlossen sind, das den Taschen (11) ein Trennfluid mit einem höheren als dem zu messenden Druck zuführt,
daß sich der Meßkolben (10) gegen die nahezu hubfreie Kraftmeßeinrichtung (26) abstützt und
daß eine Auswerteeinrichtung (33 bis 38) mit der Kraftmeßeinrichtung (26) verbunden ist und auf Grund des gemessenen Drucks die Masse der Flüssigkeit bestimmt.
daß die definierte Fläche der Stirnfläche (41) eines Meßkolbens (10) ist, der in einem Zylinder (8) berührungslos hydrostatisch oder pneumostatisch gelagert ist,
daß in der Außenwand des Meßkolbens (10) und/oder der Innenwand des Zylinders (8) Taschen (11) vorgesehen sind, die an ein Fluid-Versorgungssystem (12) angeschlossen sind, das den Taschen (11) ein Trennfluid mit einem höheren als dem zu messenden Druck zuführt,
daß sich der Meßkolben (10) gegen die nahezu hubfreie Kraftmeßeinrichtung (26) abstützt und
daß eine Auswerteeinrichtung (33 bis 38) mit der Kraftmeßeinrichtung (26) verbunden ist und auf Grund des gemessenen Drucks die Masse der Flüssigkeit bestimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Trennfluid die Flüssigkeit verwendet wird, deren Masse
zu bestimmen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder (8) einen als Auffangwanne (20) für das
Trennfluid ausgebildeten Boden (19) mit Anschluß an eine
Leckstrom-Rückführungsleitung (21, 22, 23, 24) des
Versorgungssystems (12) aufweist und daß in dem Boden (19)
eine zentrale Öffnung (42) zur berührungslosen Durchführung
eines Stützelements (25) vorgesehen ist, mit dem sich der
Meßkolben (10) auf der Kraftmeßvorrichtung (26) abstützt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß diese durch ein Netz von Meßleitungen
(6, 47) mit einem mehrere Tanks (1, 46) umfassenden
Tanklager (43) verbunden ist, das zum Zu- und Abschalten
einzelner Tanks (46) mit einer Gruppe von Schaltorganen
(48) ausgestattet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als Trennfluid ein Gas, vorzugsweise
Luft verwendet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813153376 DE3153376C2 (en) | 1981-11-05 | 1981-11-05 | Device for gravimetric determination of the quantity of a fluid, especially of mineral oil products in a large tank |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813153376 DE3153376C2 (en) | 1981-11-05 | 1981-11-05 | Device for gravimetric determination of the quantity of a fluid, especially of mineral oil products in a large tank |
DE19813143919 DE3143919A1 (de) | 1981-11-05 | 1981-11-05 | Verfahren und vorrichtung zum messen eines druckes, insbesondere eines fuids |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3153376C2 true DE3153376C2 (en) | 1989-11-09 |
Family
ID=25797103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19813153376 Expired DE3153376C2 (en) | 1981-11-05 | 1981-11-05 | Device for gravimetric determination of the quantity of a fluid, especially of mineral oil products in a large tank |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3153376C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19514201A1 (de) * | 1995-04-15 | 1996-10-24 | Heinrich Krahn | Meßsystem für Flüssigkeitsvolumen und Flüssigkeitspegelstände aller Art |
DE102004021832A1 (de) * | 2004-05-04 | 2005-12-01 | Adam Opel Ag | Füllstandsmesssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem an Lagerpunkten des Kraftfahrzeuges befestigten Kraftstofftank |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE919679C (de) * | 1952-08-08 | 1954-11-02 | Konstruktion Und Entwicklung E | Selbstzentrierender Kolben, insbesondere zur Anwendung in der Regel- und Messtechnik |
DE1963985U (de) * | 1965-07-23 | 1967-07-13 | Siemens Ag | Anzeigeinstrument fuer den druck gasfoermiger oder fluessiger medien. |
DE1298731B (de) * | 1964-01-23 | 1969-07-03 | Haupt Geb Zyla Erika | Vorrichtung zur Massenbestimmung von Fluessigkeiten in zylindrischen Hochbehaeltern |
-
1981
- 1981-11-05 DE DE19813153376 patent/DE3153376C2/de not_active Expired
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE919679C (de) * | 1952-08-08 | 1954-11-02 | Konstruktion Und Entwicklung E | Selbstzentrierender Kolben, insbesondere zur Anwendung in der Regel- und Messtechnik |
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DE1963985U (de) * | 1965-07-23 | 1967-07-13 | Siemens Ag | Anzeigeinstrument fuer den druck gasfoermiger oder fluessiger medien. |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
H. Lesch: "Zur Bestimmung der Menge von Erdölprodukten in Stehtanks, in: Schweizer Ingenieur und Architekt, Nr. 5, 1980 * |
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DE102004021832A1 (de) * | 2004-05-04 | 2005-12-01 | Adam Opel Ag | Füllstandsmesssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem an Lagerpunkten des Kraftfahrzeuges befestigten Kraftstofftank |
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Q172 | Divided out of (supplement): |
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