DE3206130A1

DE3206130A1 - Verfahren zur ermittlung und anzeige der menge eines fluessigen oder festen lagerguts

Info

Publication number: DE3206130A1
Application number: DE19823206130
Authority: DE
Inventors: Walter 2000 Hamburg Nicolai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-20
Filing date: 1982-02-20
Publication date: 1983-09-08
Also published as: DE3206130C2; US4553431A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung und Anzeige der Menge eines flüssigen oder festen Lagerguts, das in einem geschlossenen Behälter von konstantem Volumen zusammen mit einem das Restvolumen des Behälterinnern auffüllenden,' unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden, begrenzt veränderbaren Druck (Überdruck oder Unterdruck) gehaltenen gas- oder dampfförmigen Füllmittel enthalten ist.

Es ist bekannt, einen Peilstab, Schwimmer, eine pneumatische Wägevorrichtung od.dgl. zur Peststellung des Füllstandes der Flüssigkeit in einem Behälter vorzusehen und auf diese Weise die Menge der Flüssigkeit zu ermitteln. Solche auf Feststellung des Füllstandes beruhenden Methoden und Vorrichtungen sind von der Form und von der Lage des Behälters abhängig, und die damit erreichbare .Messgenauigkeit ist begrenzt. Häufig haben sowohl ortsfest als auch beweglich angeordnete Behälter eine komplizierte, beispielsweise durch Röhrensysteme gebildete Raumform. Brennstoffbehälter von Land-, Luft- und Seefahrzeugen erfahren ausserdem während der Fahrt bzw. während des Fluges regelmässig Lagenänderungen, auch ist die darin enthaltene Flüssigkeit den Einflüssen der Massenbeschleunigung ausgesetzt/Daher ist eine von der Form und Lage solcher Behälter sowie von Auswirkungen der Massenbeschleunigung unabhängige, möglichst genaue Anzeige des verfügbaren Flüssigkeitsvorrats von grosser Wichtigkeit. Hohe Genauigkeit der

Messung, Unabhängigkeit von störungsanfälligen mechanischen Füllstandsmesseinrichtungen und Von der Behälterform sind aber auch für stationäre Lagerbehäl- _; ter, die ihre Lage nicht ändern, von Wiöiitigkeit.

Es ist ferner bekannt, die Menge eines flüssigen

Lagergutes nach dem Prinzip der Durchflussmengenmessung zu bestimmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs'genannten Art zu schaffen, das mit möglichst geringem Aufwand eine genaue, von Form und Lage der Lagerbehälter sowie von der Massenbeschleunigung unabhängige Anzeige der Lagergutmenge ermöglicht.

Es ist bekannt und. vielfach üblich, den Dichtheitszustand geschlossener Flüssigkeitslagerbehälter dadurch zu überwachen, dass eine das Restvolumen des Behälterinnern auffüllende Luft-, Gas- oder Dampfmenge unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden Druck (Unterdruck oder überdruck) gehalten, dieser gemessen und ein übermässig rascher, über Undichtheiten, die grosser sind als die sogenannten natürlichen Undichtheiten, stattfindender Druckausgleich als Anzeige einer unzulässigen Undichtheit festgestellt wird.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass auf verhältnismässig einfache Weise das jeweilige von Luft ₃ Gas oder Dampf im Lagerbehälter aufgefüllte Restvolumen, wenn dieses Füllmittel unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden Druck steht, der in gewissen vorbestimmten Grenzen verändert wird - hinreichend kleine vom Atmosphärendruck abweichende Drücke und hinreichend hohe absolute Temperaturen vorausgesetzt - aus Parametern der Gasgesetze, insbesondere des Boyle-Mariotteschen Gesetzes bestimmt werden kann, und dass, da die jeweilige Menge bzw. das jeweilige Volumen des Lagergutes die Differenz zwischen dem konstanten Gesamtvolumen des Behälters und dem Restvolumen ist, das ermittelte Restvolumen bzw. eine ermittelte dem Restvolumen entsprechen-■ 15 de Grosse ein Maß für die jeweilige Flüssigkeitsmenge in dem Behälter darstellt und daher unmittelbar in Einheiten der Flüssigkeitsmenge geeicht werden kann. Demgemäss wird die vorstehend genannte Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, dass das Restvolumen oder eine ihm entsprechende Grosse gemessen und, in Einheiten der Lagergutmenge geeicht, mittels einer Analog- oder Digitalanzeigevorrichtung wiedergegeben wird.

Eine Möglichkeit zur Ermittlung der Lagergutmenge nach diesem Prinzip besteht erfindungsgemäss darin, dass

der Druck des gas- oder dampfförmigen Füllmittels zwischen zwei unterschiedlichen Werten P und P₁ stetig verändert,

die Druckdifferenz IP — P_-. I und die Bruckänderungsleistung (Pumpleistung L bzw. Druckausgleichs- oder Durchströmleistung L-) konstant gehalten und die Druckänderungszeit (Pumpzeit t bzw. Druckausgleichszeit t,) als dem Restvolumen entsprechende Gros-

ti'

se gemessen·wird. ' /

Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung dieses Prinzips besteht darin, dass

die Druckänderungszeit (Pumpzeit t bzw. Druckausgleichs-

zeit t,) und die Druckänderungsleistung (Pumpleistung L bzw. Druckausgleichs- oder Durchströmleistung L,) konstant gehalten und

die Druckdifferenz I P - P. I als dem Restvolumen ent-

I ο Ii

sprechende Grosse gemessen wird.

Ein solches Verfahren ist sowohl bei überdruck als auch bei Unterdruck (gegenüber dem atmosphärischem Druck) des gas- oder dampfförmigen Füllmittels, welches das Restvolumen des Behälters ausfüllt, durchführbar. Zur Erläuterung der theoretischen Grundlagen der Erfindung sei auf folgendes hingewiesen:

Unter der Voraussetzung hinreichend hoher absoluter Temperatur und hinreichend kleiner Drucke gilt nach dem Boyle-Mariotteschen Gesetz

P₀ . v_o -- P₁ . .-v«. (D

Darin sind

P und P. zwei unterschiedliche Druckwerte, insbesondere Schalt-Druckwerte, bei denen eine Pumpe selbsttätig ein- und ausgeschaltet bzw. eine Durchströmöffnung selbsttätig geöffnet oder geschlossen wird; V das mit dem gas- oder dampfförmigen unter dem Druck

P stehenden Füllmittel gefüllte Restvolumen; ο

t die Pumpzeit während des Meßvorgangs und t, die Druckausgleichszeit während des Meßvorgangs; .L die Pumpleistung;

L, die Druckausgleichs- oder Durchströmleistung; V' e.ine fiktive Volumengrösse, bestehend aus dem Volumen V _s bei Unterdruck vergrössert bzw. bei Überdruck verkleinert um das während der Druckänderungszeit geförderte Volumen L . t bzw. um das während der Druckausgleichszeit die Druckausgleichsöffnung durchströmende Volumen L, . t, .

d d

V'
Das Verhältnis —=— wird als Raumfüllung bezeicho
net.

Geht man davon aus, dass nach der obigen Definition

Ww W «

bei Unterdruck:

^Vi ^{= V}o ^{+ L}p · bzw.

^vi ^{= V}o ^{+ L}<ä ·

und bei Überdruck:

^Vi ^{= V}o - ^Lp * S bzw.

V' = V - L. . t. 1 ο d · d

so ergibt sich aufgrund des Boyle-Mariotteschen Gesetzes, dass

bei Unterdruck:

P-P t_p = V_o . 12_1 (6)

bzw.

und bei überdruck: P₁ - P^ t = V. . .J: r² . (8)

bzw.

" ^v° · π ⁽⁵⁾

Daraus ist zu ersehen, dass - unabhängig davon, ob Unterdruck oder überdruck in dem mit Gas bzw. Dampf gefüllten Volumen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Behälter herrscht - das Restvolumen V bei Konstant-

haltung der Druckänderungsleistung und des Absolutwerts

Xl

der Druckdifferenz proportional der Druckänderungszeit t bzw. t, und bei Konstanthaltung von Druckänderungszeit und Druckänderungsleistung umgekehrt proportional dem Absolutwert der Druckdifferenz I P - P. I ist, d.h.

P_Q - P₁ bei Unterdruck und P. - P bei überdruck.

Im folgenden ist die 'Erfindung anhand der Zeichnungen, welche sich auf Beispiele beziehen, näher erläutert . Es zeigen

Fig. 1 bis 3 Beispiele des Verlaufs des Druckes P (Unterdruck oder überdruck) im Restvolumen eines Behälters;

F i g, 4 ein Blockschema einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bei konstanter Druckdifferenz und Messung der Druckausgleichszeit t_d;

Fig. 5 dto. bei Konstanthaltung der Druckdifferenz und Messung der Druckaufbauzeit t , und

Fig. 6 dto. bei Konstanthaltung der Druckänderungs-· zeit und Messung der Druckdifferenz JP₁ - P_Q j als Maß für das Restvolumen und damit die Lagergutmenge.

Das in Fig. 1 gezeigte Kurvenbild des Druckverlaufs gilt für den FaIl₃ dass beispielsweise der vom Atmosphärendruck abweichende Druck P (Unterdruck oder überdruck) des gas- oder dampfförmigen Füllmittels durch eine perio- · disch arbeitende Pumpe hergestellt und von einem fest wählbaren Wert P , der im Falle dieses Beispiels gleich dem Atmosphärendruck P . ist, auf einen fest wählbaren

Wert P. aufgebaut wird, bei dem im Falle dieses Beispiels die Pumpe selbsttätig stillgesetzt und der Druckausgleichsvorgang eingeleitet wird.

Das in Pig. 2 dargestellte Kurvenbild gilt für eine Einrichtung, bei welcher der fest wählbare Wert P beispielsweise zwischen dem Atmosphärendruck P , , von dem aus der abweichende Druck des gas- oder dampfförmigen Füllmittels aufgebaut wird, und dem fest wählbaren Wert P₁ liegt, bei dem auch hier der Vorgang des Druckaufbaues beendet und gleichzeitig der Druckausgleich eingeleitet wird.

Das Kurvenbild von Fig. 3 gilt für einen Fall, in welchem die fest wählbaren Werte P und P^ beispielsweise zwischen dem Atmosphärendruck P₁-, von dem aus der abweichende Druck des Füllmittels aufgebaut wird, und einem fest wählbaren Wert P₂, bei dem der Druckaufbau selbsttätig beendet und der Druckausgleich, eingeleitet wird, liegen,

Bei allen diesen in Fig. 1 bis 3 gezeigten Beispielen des Druckverlaufs P (Unterdruck o.der Überdruck) kann gemäss der Erfindung entweder der Absolutwert der Druckdifferenz |P - P. I sowie die Druckänderungsleistung konstant gehalten und die' Druckänderungszeit t während des Druckaufbaues oder t, während des Druckausgleichs gemessen werden, oder es kann bei Konstanthaltung von t bzw. t · sowie der Druckänderungsleistung der Absolutwert der Druckdifferenz gemessen werden. In jedem Fall ist dann der gemessene Wert als dem Restvolumen im

-- .. , JÄUrj ι ου

Behälter entsprechende Grosse brauchbar und damit, da das Gesamtvolumen des Behälters konstant ist, als Maß für die Lagergutmenge geeignet.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemässe Verfahren,

. 5 das hier anhand der Ermittlung der Menge eines flüssigen Lagergutes erläutert wird, auch zur Ermittlung und Anzeige der Menge von aus Peststoff, z.B. in pulverförmiger, körniger oder stückiger Form bestehender Lagergüter in einem geschlossenen Behälter anwendbar.

Da bei jeder Ausführungsart die Druckänderungs- ■ leistung während der Dauer des Meßvorgangs möglichst konstant sein sollte, wird es sich im allgemeinen empfehlen, die Druckänderungszeit bzw. die Druckdifferenz während eines Druckausgleichsvorgangs zu messen, da es verhältnismässig einfach ist, eine Druckausgleichsöffnung von gleichbleibender Durchströmleistung vorzusehen. Wird die Messung während eines Druckaufbaues, d.h. eines. Pumpvörganges vorgenommen, so muss eine (Präzisions-) Pumpe mit im Bereich P - P. möglichst gleichbleibender Förderleistung vorgesehen werden, was im allgemeinen mit einem höheren Aufwand verbunden sein dürfte.

Wird die Messung der Druckänderungszeit bzw. der Druckdifferenz während eines Druckausgleichsvorgangs vorgenommen, ao-kann zur Herstellung des vom Atmosphärendruck abweichenden· Druckes auch eine Gasflasche mit überdruck oder ein Unterdruckspeicher vorgesehen werden. Nachstehend werden einige Einrichtungen zur Durch-

führung des erfindungsgemässen Verfahrens als Beispiele beschrieben.

Fig. 4 zeigt als Blockschema eine solche Einrichtung, bei der die Messung der Druckausgleichszeit t, bei konstanter Druckdifferenz und Druckänderungsleistung vorgenommen wird, um die Menge eines in einem geschlossenen Behälter 3 enthaltenen flüssigen Lagerguts 2 zu bestimmen. Das flüssige Lagergut 2 wird nach Entfernung der gasdichten Püllstutzen-Verschlusskäppe VJ in den Behälter eingefüllt. Das Lagergut 2 kann über die Entnahmeleitung 18, in der eine Entnahmepumpe 19 angeordnet ist, aus dem Behälter 3 entnommen werden. Mit bekannten Mitteln, z.B. dichten"Ein- und Auslaßventilen an der Entnahmepumpe 19j kann sichergestellt werden, dass kein störender Gasdruckausgleich über die Entnahmepumpe erfolgt. Der Gasraum 1 des mit dem Lagergut 2 gefüllten geschlossenen Behälters 3 ist während des Meßvorgangs und der daran anschliesseriden Meßpause über eine Rohr- oder Schlauchleitung 4, den Druckausgleichsweg A-R des beispielsweise stromlos, d.h. im entregten Zustand" des Elektromagneten, geschlossenen 3/2 Wege-Magnetventils 5 sowie die Druckausgleichsleitung 6 mit der Atmosphäre verbunden. In der Druckausgleichsleitung 6 ist ein regelbares Drosselventil 7 zur Einstellung der Durchströmleistung des Druckausgleichsmediums über den Ventilweg A-R des Dreiwegeventils 5 angeordnet. Der Gasraum 1 ist über eine Rohroder Schlauchleitung 8 ständig mit dem Druckmesser 9

verbunden. Der Druckmesser 9 ist hier ein Druck-Spannungs Wandler P/U.

Zu Beginn der Druckaufbauphase löst ein Taktsignal des Taktgebers 1O₅ das entweder manuell oder periodisch selbsttätig ausgegeben werden kann, den Arbeitszustand des .rücksetzbaren Monoflops 11 aus. Sein Ausgangssignal setzt über einen Verstärker 12 die Luftpumpe 13 in Betrieb und öffnet ausserdem, bei gleichzeitiger Sperrung des Druckausgleichsweges A-R, das 3/2 Wege-Vehtil 5 für den Druckaufbauweg P-A.

Durch den'Betrieb der Luftpumpe erfolgt über die Rohr- oder Schlauchleitungen 14 und 4 ein Druckaufbau im Gasraum 1 des Behälters 3 vom Atmosphärendruck P in Richtung P. Dieser Druckaufbau kann je nach Art des Verfahrensmodus entweder ein Unterdruck- oder ein Überdruckaufbau sein. .Beim Erreichen eines fest wählbaren Druckwertes P. im Verlauf der Druckänderung im Gasraum steuert der Druckmesser, d.h. der Druck-Spannungs-Wandler P/U den Schwellenwertschalter 15 um, dessen Schalthysterese beispielsweise dem Druckunterschied -P - P^ entspricht und dessen Ausgang beim Druck P sich im Η-Zustand befindet. Bei der Umsteuerung des Schwellenwertschalters 15 infolge Erreichens des Druckwertes P. erscheint an dessen Ausgang ein H-L-Signal, welches das Monoflop 16 in seinen Arbeitszustand (L-Zustand) versetzt und damit das Monoflop 11 vor Beendigung seines Arbeitszustandes zurücksetzt. Dadurch wird der Betrieb

der Luftpumpe 13 unterbrochen und gleichzeitig das 3/2 Wege-Magnetventil 5 wieder in seinen stromlosen Zustand zurückgeschaltet, bei dem der Druckausgleichsweg A-R offen und der Druckaufbauweg P-A gesperrt ist. Das beim Erreichen des Druckwertes P. ausgelöste H-L-Signal des Schwellenwertschalters 15 wird auch dem nur auf L-H-Signale ansprechenden Monoflop 20 mit Η-Signal im Arbeitszustand zugeführt. Das Monoflop 20 wird somit nicht gesetzt und verbleibt mit L-Signal im Ruhezustand. Der auch nur auf L-H-Signä.le ansprechende Abfrage- und Speicherbefehlseingang des Momentanwertspeichers 21 wird dementsprechend nicht angesteuert. Das H-L-Signal des Monoflops 16 setzt das Monoflop 11 bei Erreichen des Druckwertes P. in seinen Ruhezustand zurück und steuert gleichzeitig ein Kippglied 22 an, das nach jeder H-L-Ansteuerung an seinem Ausgang eine lineare, beispielsweise mit der Zeit ansteigende und dann selbsttätig abrupt auf den Ausgangswert zurückfallende elektrische Gleichspannung ausgibt. Der Momentanwertspeicher 21 ist diesem Kippglied 22 nachgeschal- " tet, so dass die linear mit der Zeit ansteigende Gleichspannung, ebenso wie auch der Rückfall dieser Spannung auf den Ausgangswert, kontinuierlich am Eingang des Momentanwertspeichers 21 ansteht.

Im Zeitpunkt der Rückschaltung des 3/2 Wege-Mag-' netventils 5 und der damit verbundenen öffnung des Druckausgleichswegs A-R beginnt im Gasraüm des Behälters

ein Druckausgleich über die Druckausgleichsleitung 6 und das regelbare Drosselventil 7 zur Atmosphäre. Erst bei Erreichen des Drucks P im Gasraum 1 ist dieser

Druckausgleich beendet. Wenn am Druckmesser 9 der Druck P anliegt, schaltet der Schwellenwertschalter 15 aufgrund seiner Schalthysterese wieder zurück in seinen Ausgangszustand und bewirkt nunmehr an seinem Ausgang ein L-H-Signal, welches das Monoflop 20 setzt. Der sehr kurze L-H-L-Ausgangsimpuls des Monoflops' 20 wird dem Abfrage- und Speieherbefehlseingang des Momentanwertspeichers 21 zugeleitet. Dieser schaltet auf bekannte Art und Weise für eine kurze Abfragezeit, deren Länge z.B. 100 με betragen kann, während der linear-mit der Zeit ansteigenden Gleichspannungsphase an die Ausgangsspannung des Kippgliedes 22 an und erfasst und speichert so den zu diesem Zeitpunkt herrschenden Momentanspannungswert. Der dem Momentanwertspeicher 21 nachgeschaltete Spannungsmesser 23 zeigt die gespeicherten Gleichspannungswerte als Maß des Restvolumens bzw. der VoIumenverhältnisse von Lagergut 2 und Gasraum 1 an. Er kann daher in Lagergutvolumeneinheiten, z.B. Liter, geeicht werden.

Bei der mit dem Blockschema nach Fig. 5 veranschaulichten Vorrichtung wird zur Ermittlung und Anzeige der Lagergutmenge die Druckaufbauzeit t während des Druckaufbaues von P bis P. gemessen. Die Bauelemente, für die, soweit möglich, die gleichen Bezugszeichen wie bei

Pig. 4 verwendet sind, sind weitgehend die gleichen wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Jedoch ist das regelbare Drosselventil 7 zur Einstellung der Durchströmleistung beim Druckausgleich Über den Ventilweg A-R für die Punktion der Ausführungsform nach Fig. ohne besondere Bedeutung.

Zu Beginn der Druckaufbauphase löst ein H-L-H-Taktsignal des Taktgebers 1O₃ das manuell oder selbsttätig periodisch ausgegeben werden kann, den Arbeitszustahd des rücksetzbaren Monoflops 11 aus, dessen Ausgangssignal über den Verstärker 12 die Luftpumpe 13 in Betrieb setzt und, bei gleichzeitiger Sperrung des Druckausgleichswegs A-R, auch das 3/2 Wege-Magnetventil 5 für den Druckaufbauweg P-A öffnet.

Das Taktsignal des Taktgebers 10 steuert gleichzeitig das Kippglied 22 an, das nach jeder H-L-Ansteu-. erung an seinem Ausgang eine lineare, beispielsweise mit der Zeit ansteigende und dann selbsttätig abrupt .auf den Ausgangswert zurückfallende elektrische Gleichspannung ausgibt. Diesem Kippglied 22 ist der Momentanwert speicher 21 nachgeschaltet, so dass die lineare, mit der Zeit ansteigende Gleichspannung, ebenso wie auch der Rückfall dieser Spannung auf den Ausgangswert, kontinuierlich am Eingang des MomentanwertSpeichers 21 ansteht.

Durch den Betrieb der Luftpumpe erfolgt über die Rohr- oder Schlauchleitungen l4 und k ein Druckaufbau

im Gasraum 1 des Behälters 3 vom Atmosphärendruck P in Richtung P. Dieser Druckaufbau kann je nach Wahl des Verfahrensmodus sowohl ein Unterdruck- als auch ein Uberdruckaufbau sein. Sobald im Verlauf der Druckänderung im Gasraum 1 der fest wählbare Druckwert P. erreicht wird, schaltet der Druckmesser 9 (Druck-Spannungs-Wandler P/U) den Schwellenwertschalter 15 ₃ dessen Schalthysterese beispielsweise dem Abstand der Werte P - P. entspricht und dessen Ausgang sich beim Druck P im Η-Zustand befindet, auf einen L-Zustand (H-L-Planke) um.

Das bei Erreichen des Druckwertes P. ausgelöste H-L-Signal des Schwellenwertschalters 15 setzt das nur auf H-L-Signale ansprechende Monoflop 24, an dessen Ausgang nun ein sehr kurzes L-rH-L-Signal auftritt. Dieser sehr kurze L-H-L-Impuls wird dem Abfrage- und Speicherbefehlseingang des MomentanwertSpeichers 21 zugeleitet, der auf bekannte Art und Weise für eine kurze Abfragezeit (z.B. 100 με lang) an die Ausgangsspannung des Kippgliedes 22 während der linear mit der Zeit ansteigenden Gleichspannungsphase anschaltet und so den zu diesem Zeitpunkt herrschenden Momentanspannungswert erfasst und speichert. Der dem Momentanwertspeicher 2% nachgeschaltete Spannungsmesser 23 zeigt die gespeicherten Gleichspannungswerte als Maß des Restvolumens im Gasraum 1 bzw. der Volumenverhältnisse

von Lagergut 2 und Gasraum 1 an und kann daher in Volumeneinheiten des Lagerguts, z.B. Liter, geeicht wer-

den.

Das durch die Umsteuerung des Schwellenwertschalters 15 an dessen Ausgang bei Erreichen des Druckwertes P. erzeugte H-L-Signal setzt ausserdem das mit einer Einschaltverzögerung seines Arbeitszustandes versehene Monoflop 25. Das H-L-H-Ausgangssignal des Monoflops 25 setzt mit Verzögerung das Monoflop 11 vor dem Ablauf seines Arbeitszustandes zurück. Dadurch wird der Betrieb der Luftpumpe 13 unterbrochen und gleichzeitig das 3/2 Wege-Magnetventil 5 wieder in den stromlosen Zustand zurückgeschaltet, d.h. der Druckausgleichsweg A-R ist danach offen und der Druckaufbauweg P-A gesperrt. Die Verzögerung der Auslösung des Rücksetzsignals für das Monoflop 11 sollte grosser sein als die Ausgangssignaldauer des Monoflops 24, um Abfragefehler des Momentanwertspeichers im Bereich des Druckwertes P. mit Sicherheit zu vermeiden. Pur die erfindungsgemässe - Punktion dieser Einrichtung ist die Verzögerung der Rücksetzung des Monoflops 11 jedoch ohne besondere Bedeutung.

Im Zeitpunkt der Rückschaltung des 3/2 Wege-Magnetventils 5 beim Druck P.. und der damit verbundenen öffnung des Druckausgleichsweges A-R beginnt ein Druckausgleich im Gasraum 1 des Behälters 3 über die Druckausgleichsleitung 6 und das regelbare Drosselventil 7

mit der Atmosphäre, der erst bei Erreichen des Drucks P im Gasraum 1 beendet ist. Liegt am Druckmesser 9. der Druck P an, so schaltet der Schwellenwertschalter aufgrund seiner Schalthysterese wieder zurück in den H-Zustand.

Bei der durch Fig. 6 veranschaulichten Ausführungsform der Einrichtung zur Ermittlung und Anzeige einer Menge des flüssigen Lagerguts in einem geschlossenen Behälter erfolgt die Messung der Druckdifferenz P . - P^

während des Druckaufbaues im Gasraum des Behälters bei fest eingestellter Pumpzeit. Soweit das Blockschaltbild mit denjenigen von Fig. 4 und 5 übereinstimmt, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist jedoch der elektrische Aus-

15- gangsanschluss des von dem Druck-Spannungs-Wandler P/U gebildeten Druckmessers 9 ₃ der die Druck-Informationen liefert, über einen Verstärker 28 mit dem Eingang des MomentanwertSpeichers 21 verbunden.

Zu Beginn der Druckaufbauphase löst ein H-L-H-Signal des Taktgebers 10,das manuell oder selbsttätig in frei wählbaren Zeitabständen periodisch ausgegeben werden kann, den Arbeitszustand des Monoflops 26 aus, dessen Ausgangssignal über den Verstärker 12 die Luftpumpe 15 in Betrieb setzt und, bei gleichzeitiger Sperrung des Druekausgleichsweges A-R, das 3/2 Wege-Magnetventil 5 für den Druckaufbauweg P-A öffnet.

Das in der Leitung zwischen Verstärker 12 und

- 22 -

Magnetventil 5 angeordnete Abschaltverzögerungsglied bewirkt keine Verzögerung des SchaltVorgangs zur Öffnung des Magnetventils 5 für den Druckaufbauweg P-A. Die Luftpumpe 13 bewirkt bei ihrem Betrieb über die Rohr- oder Schlauchleitungen 14 und-4 einen Druckaufbau im Gasiaim 1 des Behälters 3 vom Atmosphärendruck P in Richtung P. Dieser Druckaufbau kann je nach· Wahl des Verfahrensmodus ein Unterdruck- oder ein Uberdruckaufbau -sein.

Nach Ablauf der frei wählbaren, fest eingestellten Dauer des Arbeitszustandes des Monoflop 26 wird der Betrieb der Luftpumpe 13 unterbrochen und, kurzzeitig (z.B. ca. 500 ms lang) durch das Abschaltverzögerungsglied 27 verzögert, das 3/2 Wege-Magnetventil 5 wieder in den stromlosen Zustand zurückgeschaltet. Dies bedeutet, dass dann der Druckausgleichsweg A-R wieder offen und der Druckaufbauweg P-A gesperrt ist. Das Abschaltverzögerungsglied 27 hat nur die Aufgabe, die Umschaltung des Magventils 5 nach Stillstand der Luftpumpe so lange zu verzögern, bis der Abfragevorgang des Momentanwertspeichers 21 jeweils beendet ist, um gegebenenfalls Druckwert-Abfragefehler zu vermeiden. Für die erfindungsgemässe Punktion der Vorrichtung ist die Abschaltverzögerung des Magnetventils 5 ohne besondere Bedeutung.

Das nach Ablauf des Arbeitszustandes von dem Monoflop 26 ausgelöste H-L-Signal setzt das nur auf H-L-

Signale ansprechende Monoflop 2k und ruft an dessen Ausgang ein sehr kurzes L-H-L-Signal hervor. Dieser sehr kurze L-H-L-Ausgangsimpuls des Monoflops 24 wird dem Abfrage- und Speicherbefehlseingang des MomentanwertSpeichers 21 zugeleitet, der auf bekannte Art und Weise für eine kurze Abfragezeit (z.B. 100 \xs lang) an die Ausgangsspannung des dem Druckmesser 9 nachge-. schalteten Verstärkers 28 anschaltet und so den zu diesem Zeitpunkt herrschenden Momentanspannungswert erfasst und speichert. Der dem Momentanwertspeicher nachgeschaltete Spannungsmesser 23 zeigt den gespeicherten Gleichspannungswert bei Abschluss der Druckauf bauphase an, der ein äquivalentes Maß der gemessenen Druckdifferenz P -P₁ ist und damit dem Restvolumen bzw." den Volumenverhältnis sen von Lagergut 2 und Gasraum 1 entspricht. Der Spannungsmesser kann ' daher in Volumeneinheiten des Lagerguts, z.B. Liter, geeicht werden.

Im Zeitpunkt der beim Druck P₁ erfolgenden Rückschaltung des 3/2 Wege-Magnetventils 5 und der damit verbundenen Öffnung des Druckausgleichswegs A-R beginnt ein Druckausgleich im Gasraum 1 des Behälters über die Druckausgleichsleitung 6 und das regelbare Drosselventil 7 mit der Atmosphäre. Dieser Druckausgleich ist.erst bei Erreichen des Druckes P im Gasraum 1 beendet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4, 5 und 6 wurden hier der Einfachheit der Darstellung halber analoge Meß-, Auswerte- und Anzeigesysterne verwendet wie z.B. Kippglied, Schwellenwertschalter₄ Momentanwertspeicher, Analog-Spannungsmesser. Stattdessen können aber auch an sich bekannte Systeme der digitalen Technologie, z.B. Analog/Digitalwandler, Mikroprozessoren, Zählerschaltungen, Halbleiterspeicher usw. zur Lösung der beschriebenen Funktionen sinngemäss eingesetzt werden.

Der Taktgeber 10 kann beispielsweise ein astabiler Multivibrator, ein sonstiger einfacher integrierter Zeitgeber mit oder ohne Quarzstabilisierung sowie auch ein prellfreier, manuell zu bedienender Schalter sein. Statt die Luftpumpe zum Aufbau des Drucks im Gasraum des Behälters im intermittierenden Betrieb gemeinsam mit einem 3/2 Wege-Ventil zur Umsteuerung des Druckaufbau- und .Druckausgleichsweges zu verwenden, kann auch eine ständig laufende Luftpumpe, die fest an den Gasraum des·Behälters angeschlossen ist, in Verbindung mit einem steuerbaren Durchgangsventil, z.B. 2/2 Wege-Magnetventil, das zwischen Gasraum und Atmosphäre angeordnet und bei Druckaufbau geschlossen und bei Druckausgleich geöffnet ist, verwendet werden. Bei Messungen während des Druckausgleichs wirkt dann zwar die Förderleistung der dauernd laufenden Luftpumpe dem Druckausgleich entgegen. Jedoch bedeutet dies im Endeffekt keine Beeinträchtigung der Messung.

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Bezüglich der Einrichtungsbeispiele Fig. h, 5 und 6 ist zu beachten, dass die Abstände der Taktsignale des Taktgebers 10 so gewählt werden, dass - bezogen auf die Messung eines unbefüllten Behälters - die Arbeitszustände aller in den vorgenannten Einrichtungsbeispielen aufgeführten Monoflops sowie des Kippgliedes 22 abgelaufen sind, bevor das nächstfolgende Taktsignal des Zeitgebers 10 ausgelöst wird.

Die Möglichkeiten zur Verwirklichung der Erfindung sind nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Einzelheiten beschränkt. Weitere Möglichkeiten zur Ermittlung der Lagergutmenge nach dem Prinzip der Erfindung bestehen z.B. darin, dass bei konstant gehaltener Druckdifferenz und Druckänderungszeit die Förderleistung während des Druckaufbaues oder die Durchströmleistung während des Druckausgleichs als diejenige Grosse, welche ein Maß für das Restyolumen darstellt, gemessen wird. Ferner können im Bedarfsfall unerwünschte Temperatureinflüsse dadurch beseitigt werden, dass die Temperatur im Restvolumen gemessen und in die Einrichtung zur Durchführung des "Verfahrens als Korrekturgrösse eingegeben wird.

Claims

D I PL.-I NG. J. R ICHTER --*..-- -- r-ä T E-N--T-A N W A LT E

DIPL.-ING. F. WERDERMANN

ZUSEU. VERTRETER BEIM EPA · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO - MANbATAIRES AGREES PRES LOEB

2OOO HAMBURG 36 4 Q CCD IQQ?

NEUER WALL 1O

'S- (O 4O) 3400 45/34 00 56

TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG

TELEX 2163 551 INTU D

UNSER ZEICHEN/OUR FILE " * ^ *- "-2 I

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Anmelder: .

Walter Nicolai,

Maria-Louisen-Str. IkH, 2000 Hamburg 60

Verfahren zur Ermittlung und Anzeige der Menge eines flüssigen oder festen Lagerguts.

Patentansprüche:

l.Werfahren zur Ermittlung und Anzeige der Menge eines flüssigen oder festen Lagergutes, das in einem geschlossenen Behälter von konstantem Volumen zusammen mit einem das Restvolumen des Behälterinnern auffüllenden, unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden und begrenzt veränderbaren Druck (überdruck oder Unterdruck) gehaltenen gasförmigen Füllmittel enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Restvolumen oder eine ein Maß für dieses darstellende Grosse gemessen und, in Einheiten der

Lagergutmenge geeicht, mittels einer Analog- oder Digitalanzeigevorrichtung wiedergegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeich- /' net, dass

der' Druck des gas- oder dampfförmigen Füllmittels zwischen zwei unterschiedlichen Werten P und P„ stetig

öl.

verändert, ·

die Druckdifferenz

P ~P-| ^un(ä die Druckänderungs-

leistung (Pumpleistung L ■ bzw. Druckausgleichs- oder Durchströmleistung L,) konstant gehalten und

die Druckänderungszeit (Pumpzeit t bzw. Druckausgleichszeit t ) als dem Restvolumen entsprechende Grosse gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der Druck des gas- oder dampfförmigen Füllmittels zwischen zwei unterschiedlichen Werten P und P₁. stetig . verändert,

· ;

die Druckänderungszeit (Pumpzeit t bzw. Druckausgleichszeit t_d) und die Druckänderungsleistung (Pumpleistung L '.

■3 Z U D I J U

bzw. Druckausgleichs- oder Durchströmleistung L,) konstant gehalten und

die Druckdifferenz I P - P„| als dem Restvolumen ent-

I ο 11

sprechende Grosse gemessen wird.

Ji. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Druckänderungszeit bzw. der Druckdifferenz während eines Druckausgleiphsvorgangs ■ vorgenommen wird und eine Druckausgleichsöffnung von gleichbleibender Durchströmleistung vorgesehen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsöffnung während des Druckaufbauvorganges geschlossen gehalten und erst· zu Beginn des Druckausgleichvorganges freigegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Druckänderungszeit bzw. der Druckdifferenz" während eines Pumpvorganges unter Verwendung einer (Präzisions-) Pumpe mit gleichbleibender Förderleistung vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des vom Atmosphärendruck abweichenden Druckes eine dauernd laufende Pumpe dient.

I. ^W " W · · · «I tf

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich-. net, dass zur Herstellung des vom Atmosphärendruck abweichenden Druckes eine Gasflasche dient.

· 9· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des vom Atmosphärendruck abweichenden Druckes ein Unterdruckspeicher dient.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9> da-. durch gekennzeichnet, dass die Temperatur des gas- oder dampfförmigen Füllmittels gemessen und zur Korrektur unerwünschter Temperatureinflüsse in die Einrichtung-zur Ermittlung des Restvolumens eingegeben wird.