DE3302175C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Messen des stationären oder quasi-stationären Druckes eines Fluids mit einem in einem Zylinder geführten, vom Druck beaufschlagten Meßkolben, der mit einer Lastmeßeinrichtung in Verbindung steht, wobei der Kolben im Zylinder mittels hydrostatischer oder pneumostatischer Schmierung durch ein unter Druck zugeführtes Trennfluid berührungslos geführt ist nach Patent 31 43 919.5.

Beim Messen eines Flüssigkeitsdruckes insbesondere einer niedrig siedenen Flüssigkeit wie Propan, Butan und ähnlichen, ergibt sich die Schwierigkeit, daß der in einem geschlossenen Behälter oberhalb des Flüssigkeitsspiegels lastende Druck von Dampf oder Gas mit in die Messung eingeht. Weil der Dampfdruck darüber hinaus temperaturabhängigen Schwankungen unterliegt, kann die Messung der Flüssigkeitssäule einer mit einem Dampfdruck überlagerten Flüssig mit einer Meßeinrichtung entsprechend der Gattung des Oberbegriffs nicht ohne weiteres zu brauchbaren Ergebnissen führen. Selbst wenn man den Dampfdruck ermitteln und das Meßergebnis um den Betrag des Dampfdruckes bereinigen würde, wäre dieses Verfahren umständlich und nicht sehr genau.

Aus der US-PS 39 86 399 ist eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsstandmessung von hoch erhitzten Flüssigkeiten bekannt, die nach dem Differenzdruckprinzip arbeitet. Hierzu sind zwei von einander unabhängigen Meßvorrichtungen vorgesehen, die über zwei gesonderte Druckübertragungsfluide beaufschlagt werden. Die Trennung zwischen den Übertragungsfluiden erfolgt hierbei durch Membranen. Aufgrund dieser zweisträngig ausgeführten Meßanordnung mit insgesamt vier Trennungsmembranen, Vielzahl von Anschlußflauschen und genauen Paßteilen in diese Flüssigkeitsstanderfassung sehr aufwendig und kompliziert aufgebaut.

Der vorliegenden Zusatzerfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Hauptpatent zur Überwindung der geschilderten Schwierigkeit soweit zu verbessern und weiter auszubilden, daß eine problemlose, exakte und unkomplizierte Messung der Flüssigkeitssäule einer beispielsweise unter veränderlichem Dampfdruck stehenden Flüssigkeit insbesondere auch bei einer feuer- oder anderweitig gefährlichen Flüssigkeit gelingt. Hierfür ist zusätzlich das Verfahren und die Vorrichtung so auszugestalten, daß diese den geltenden Sicherheitsbestimmungen entsprechen. Die Mittel hierfür sollen bei einem Meßergebnis von höchster Genauigkeit unkompliziert sein.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch, daß bei einem Fluid, welches eine Flüssigkeit ist, die in einem geschlossenen Behälter von einem Druck von Gas und/oder Dampf überlagert ist, die Unterseite des Kolbens mit diesem Druck beaufschlagt wird.

Hierdurch wird mit Vorteil erreicht, daß der über die Flüssigkeitssäule auf die Kolbenoberseite wirkende Druck und der von der Unterseite des Kolbens her wirkende gleiche Druck sich gegenseitig aufheben. Dadurch wirkt auf den Meßkolben nur noch die Last der Flüssigkeit selbst, und es wird eine Verfälschung des Meßergebnisses auch bei veränderlichem Dampfdruck auf unkomplizierte und sinnvolle Weise vermieden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Übertragung des Druckes auf die Kolbenunterseite ein neutrales, vorzugsweise inertes Sperrgas wie Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, verwendet wird.

Durch die Verwendung des neutralen, insbesondere inerten Sperrgases werden die gegebenenfalls feuer- oder explosionsgefährlichen Dämpfe oder Gase von der Meßeinrichtung ferngehalten und dadurch sowohl die Meßeinrichtung als auch der Behälter für die Flüssigkeit wirksam geschützt.

Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, daß die den Überdruck erzeugenden Dämpfe oder Gase mit dem Sperrgas berührungslos in Wirkverbindung stehen. Dadurch wird erreicht, daß die unterschiedlichen Gas- beziehungsweise Dampfräume hermetisch voneinander getrennt sind.

Zweckmäßig erfolgt die Wirkverbindung über ein nachgiebiges Trennglied. Dabei wird der Druck des Sperrgases dem Druck im Dampfraum oberhalb der Flüssigkeit derart nachgeregelt, daß am Trennglied Gleichgewicht der Kräfte herrscht.

Eine entsprechende Vorrichtung umfaßt einen den Meßkolben mit Zylinder und wenigstens die Meßeinrichtung umschließenden druckdichten Behälter, sowie eine Einrichtung zur Übertragung des Druckes vom Flüssigkeitsbehälter auf den Innenraum des Behälters für die Meßeinrichtung.

Die Vorrichtung ist kompakt, unkompliziert, preisgünstig herstellbar und funktionssicher.

Im einfachsten Falle kann dabei vorgesehen sein, daß die Übertragungs-Einrichtung eine Druckausgleichsleitung ist.

In den meisten Fällen der Praxis wird jedoch zweckmäßig sein, daß die Übertragungseinrichtung eine Druckregelungs­ einrichtung umfaßt, über die der Behälter für die Meßeinrichtung mit einer Sperrgasquelle in Verbindung steht, sowie einen Druckfühler im Bereich des die Flüssigkeit überlagernden Druckes mit einer Signalleitung, welche ein druckproportionales Signal auf die Druckregeleinrichtung für das Sperrgas überträgt, welche den Sperrgas-Druck nach Maßgabe des Signales auf die gleiche Druckhöhe einstellt, die der Druck im Behälter oberhalb der Flüssigkeit aufweist.

Hiermit ergibt sich der Vorteil, daß bei völlig getrennten Gas- beziehungsweise Dampfräumen ein absoluter Gleichdruck zwischen diesen hergestellt wird, wobei die räumliche Entfernung keine Rolle spielt, und die hierfür vorgesehene Einrichtung mit handelsüblichen, preisgünstigen Mitteln verwirklicht werden kann. Auch ist eine sicher funktionierende Fernübertragung ohne großen Aufwand möglich.

Bei einer anderen zweckmäßigem Ausgestaltung der Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, daß die Druckübertragungseinrichtung eine Druckausgleichsleitung umfaßt, welche durch eine Trennkammer mit einem Trennglied in Form eines frei dehnbaren Metallbalges unterbrochen ist, der als elastisches Zwischenglied in der Leitung angeordnet ist und somit die Druckräume trennt, und daß der Metallbalg mit einem elektrischen Wegaufnehmer zusammenwirkt, von dem ein stellungsproportionales Signal über die Signalleitung auf die Druckregeleinrichtung übertragen wird, welche den Druck des Sperrgases derart einstellt, daß am Metallbalg Gleichgewicht der Drücke herrscht, und dieser entsprechend in einer Neutralstellung verharrt.

Im folgenden wird die Erfindung mit ihren Vorteilen anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Druckmeßvorrichtung nach Patent . . . 32 29 721, welches ebenfalls ein Zusatzpatent zum Patent . . . 31 43 919 darstellt, als Blockschaltbild,

Fig. 2 eine nach vorliegender Erfindung verbesserte Druckmeßeinrichtung gemäß Fig. 1, insbesondere für eine unter Dampfdruck stehende tiefsiedende Flüssigkeit, als Blockschaltbild,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Trennkammer, im Schnitt entlang einer durch die Achse der Kammer verlaufenden Ebene.

Fig. 1 zeigt einen offenen Behälter 1, teilweise gefüllt mit einer Flüssigkeit 1′, deren Spiegel in einer bei Großtankanlagen üblichen Weise mit einem sogenannten Schwimmdach 1′′ abgdeckt ist. Offene Tanks mit Schwimmdach werden zumeist bei Flüssigkeiten wie Rohöl, Leichtöl und dergleichen verwendet. Die Messung der Flüssigkeitssäule bei einem offenen Tank dieser Gattung, wobei über der Flüssigkeit lediglich der Atmosphärendruck, und der dem Gewicht des Schwimmdaches proportionale Druck jedoch kein Dampfdruck lastet, bereitet mit der bekannten Meßeinrichtung gemäß Fig. 1 keinerlei Schwierigkeiten. Diese Meßeinrichtung umfaßt im wesentlichen den hydrostatischen berührungslos im Meßzylinder 8 geführten Meßkolben 9, welcher sich auf die Wägezelle 10 abstützt, die mit der Auswägeelektronik 10′ durch die Signalleitung 10′′ verbunden ist.

Die Übertragung des Flüssigkeitsdruckes vom Tank 1 auf die Oberseite des Meßkolbens 9 erfolgt durch die Leitungsteile 18, 7, zwischen denen aus Gründen der Sicherheit eine Flüssigkeits-Trennkammer 5 angeordnet ist. Aufbau und Funktion der Meßeinrichtung entsprechen im übrigen derjenigen nach dem Patent . . . 32 29 721.

Die verbesserte und weiter ausgebildete Meßvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung ist aus Fig. 2 ersichtlicht. Darin ist in einem geschlossenen Tank die Flüssigkeit 1′ unterhalb eines Dampfraumes 20 gelagert. Durch die Meßleitung 18, 7 unter Zwischenschaltung der Trennkammer 5 wird auf den Meßkolben 9 eine Kraft übertragen, die dem Druck der Flüssigkeitssäule im Tank 1 zuzüglich dem überlagerten Dampfdruck im Dampfraum 20 entspricht.

Die Meßvorrichtung ist in einem druckdichten Behälter 21 angeordnet, dessen Innenraum 22 mit dem Dampfraum 20 des Tanks 1 durch eine Druckausgleichsleitung 23, 23′ in Verbindung steht. Für den Fall, daß der über der Flüssigkeit 1′ im Dampfraum 20 stehende Dampf feuer- oder explosionsgefährlich ist, müssen Dampfraum 20 und Innenraum 22 des Behälters 21 der Meßeinrichtung zur Erfüllung entsprechender Sicherheitsbestimmungen hermetisch voneinander getrennt sein. Hierfür ist die Trennkammer 25 vorgesehen, die mit einem Trennglied in Form eines frei dehnbaren Metallbalges 24 ausgestattet ist. Dieser unterbricht die Druckausgleichsleitung 23, 23′ und trennt als elastisches Zwischenglied die Druckräume 20 und 22 hermetisch voneinander.

Um nun zu einem feinfühlig regelbaren Gasdruck im Innenraum 22 des Behälters 21 zu gelangen, welcher dem Druck im Dampfraum (20) identisch gleich ist und zur Druckkompensation auf die Kolbenunterseite 26 wirkt, ist eine Gasquelle in Form der Stickstofflasche 27 vorgesehen, die mit Hilfe einer Reglers 28 über das Druckminder- beziehungsweise -steuerventil 29 einen feinfühlig regelbaren Gasdruck über die Leitung 30 auf den Innenraum 22 des Behälters 21 überträgt. Um diese feinfühlige Regelung zu ermöglichen, ist der dehnbare Metallbalg 24 in der Funktion eines Differenzdruckmessers mit einem Wegaufnehmer 31 ausgerüstet, der ein stellungsproportionales Signal über die Signalleitung 32 auf den Regler 28 überträgt. Dieser steuert über die Steuerleitung 33 das Druckminder- und Regelorgan 29 an, und mit der Steuerleitung 34 das Auslaßventil 35.

Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:

Sofern am dehnbaren Metallbalg 24 der Trennkammer 25 infolge Druckgleichheit der Gasräume 20, 22 Gleichgewicht der Kräfte und somit eine Druckdifferenz = Null herrscht, verharrt der Metallbalg 24 in einer Neutralstellung. Der mit dem Metallbalg 24 zusammenwirkende Wegaufnehmer 31 befindet sich dabei ebenfalls in einer Neutralstellung, in der kein Signal erzeugt wird. Sobald sich ein Ungleichgewicht der Drücke in Form einer Druckdifferenz zwischen den Gas- oder Dampfräumen 20, 22 einstellt, dehnt sich der Metallbalg 24 in Richtung des geringeren Druckes und verursacht über den Wegaufnehmer 31 ein stellungsproportionales elektrisches Signal. Dieses wird über die Signalleitung 32 auf den Regler 28 übertragen, der nach Maßgabe des Signales den Gasdruck im Innenraum 22 des Behälters 21 entsprechend nach oben oder nach unten so weit nachregelt, bis wieder bei Druckdifferenz = Null die Neutralstellung des Metallbalges 24 und damit des Wegaufnehmers 31 erreicht und das stellungsproportionale Signal ebenfalls auf Null zurückgeführt ist.

Mit dieser einfachen regelungstechnischen Anordnung gelingt es, einen Druckausgleich mit einer Genauigkeit von beispielsweise 10^-6 Bar zwischen den Gas- beziehungsweise Dampfräumen 20, 22 herbeizuführen. Durch die hermetische Trennung des Dampfraumes 20 vom Innenraum 22 der Meßeinrichtung wird den gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen in vollendeter Weise entsprochen. Demgemäß befindet sich im Innenraum 22 des Meßbehälters ein neutrales, vorzugsweise inertes Gas wie zum Beispiel Stickstoff, während der Flüssigkeitstank 1 beziehungsweise dessen Dampfraum 20 vom Meßbehälter hermetisch getrennt und infolgedessen optimal geschützt ist. Selbst bei einer Verletzung des elastischen Metallbalges 24 würde ein Übertrömen von Dampf aus dem Dampfraum 20 in den Innenraum 22 des Meßbehälters durch den Druckausgleich des Gasreglers 28 verhindert werden.

Fig. 3 zeigt im Schnitt die Trennkammer 25 im vergrößerten Maßstab. Diese besitzt ein zylinderförmiges Gehäuse 38 mit einem oberen Deckel 25′ und einem unteren Deckel 25′′. An den oberen Deckel 25′ schließt sich der Strang 23 der Druckausgleichsleitung an, an den unteren Deckel 25′ der Strang 23′ der Druckausgleichsleitung. Im Innern der Trennkammer 25 ist der elastische Metallbalg 24 angeordnet, welcher die Stränge 23, 23′ hermetisch voneinander trennt. Das Innere des Metallbalges 24 steht mit dem Strang 23 in Verbindung, während dessen freies Ende durch eine Abschlußplatte 37 hermetisch verschlossen ist. Diese kann sich zwischen Sicherheitsanschlägen 36, 36′ mit einem begrenzten Freiheitsgrad nach unten und oben bewegen. Mit der Abschlußplatte 37 steht der Wegaufnehmer 31 in Wirkverbindung. Dieser ist als Differentialtrafo ausgebildet, der bei mechanischer Auslenkung aus der Neutralstellung ein elektrisches Signal erzeugt. Dieses stellungsproportionale Signal wird über die Signalleitung 32 in der bereits beschriebenen Art und Weise auf den Regler 28 übertragen. Die Trennkammer 25 ist mit einem Druckentlastungsventil 60 ausgestattet, welches vorzugsweise zur Durchführung von Justierungen, Revisionen oder Überprüfungen der Trennkammerfunktion dient.

Claims (9)

1. Verfahren zum Messen des stationären oder quasi-stationären Druckes eines Fluids mit einem in einem Zylinder geführten, vom Druck beaufschlagten Meßkopben, der mit einer Lastmeßeinrichtung in Verbindung steht, wobei der Kolben im Zylinder mittels hydrostatischer oder pneumostatischer Schmierung durch ein unter Druck zugeführtes Trennfluid berührungslos geführt ist nach Patent . . . P 31 43 919, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Fluid, welches eine Flüssigkeit ist, die in einem geschlossenen Behälter von einem Druck von Gas und/oder Dampf überlagert ist, die Unterseite des Kolbens mit diesem Druck beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung des Druckes auf die Unterseite des Kolbens ein neutrales, vorzugsweise inertes Sperrgas wie Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druck erzeugenden Gase oder Dämpfe mit dem Sperrgas berührungslos in Wirkverbindung stehen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung über ein nachgiebiges Trennglied erfolgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Sperrgases dem Druck über der Flüssigkeit derart nachgeregelt wird, daß am Trennglied Gleichgewicht der Kräfte herrscht.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen den Meßkolben (9) mit Zylinder (8) und wenigstens die Meßeinrichtung (10) umschließenden druckdichten Behälter (21), sowie eine Einrichtung (23, 23′, 24, 25) zur Übertragung des Druckes vom Flüssigkeitsbehälter (1, 20) auf den Innenraum (22) des Behälters (21) für die Meßeinrichtung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungs-Einrichtung eine Druckausgleichs­ leitung (23, 23′) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung eine Druckregelungs­ einrichtung (28) umfaßt, über die der Behälter (21) für die Meßeinrichtung mit einer Sperrgasquelle (27) in Verbindung steht, sowie einem Druckfühler (31) im Bereich (20, 23) des die Flüssigkeit überlagernden Druckes mit einer Signalleitung (32), welche ein druckproportionales Signal auf die Druckregeleinrichtung (28) für das Sperrgas überträgt, welche den Sperrgas-Druck nach Maßgabe des Signales auf die gleiche Druckhöhe einstellt, die der Druck im Flüssigkeitsbehälter (1, 20) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung eine Druckausgleichsleitung (23, 23′) umfaßt, welche durch eine Trennkammer (25) mit einem Trennglied in Form eines frei dehnbaren Metallbalges (24) verschlossen ist, der als elastisches Zwischenglied die Druckräume (20, 22) trennt, und daß der Metallbalg (24) mit einem elektrischen Wegaufnehmer (31) zusammenwirkt, von dem ein Stellungsproportionales Signal über die Signalleitung (32) auf die Druckregeleinrichtung (28) übertragen wird, welche den Druck des Sperrgases derart regelt, daß am Metallbalg (24) Gleichgewicht der Drücke herrscht, und dieser in einer entsprechenden Neutralstellung verharrt.