DE3310492C2

DE3310492C2 - Verfahren zur Dichtmessung von Gasen

Info

Publication number: DE3310492C2
Application number: DE19833310492
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.-Ing. 6800 Mannheim Böhm
Original assignee: Bopp and Reuther GmbH
Current assignee: Bopp and Reuther GmbH
Priority date: 1983-03-23
Filing date: 1983-03-23
Publication date: 1987-04-16
Also published as: DE3310492A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dichtemessung von Gasen, insbesondere von Erdgasen, bei dem ein vom zu messenden Gas beaufschlagter Schwingkörper elektromagnetisch zum Schwingen angeregt wird und dessen sich mit der Dichte der Gase ändernde Eigenfrequenz gemessen und in einem Rechner auf den Dichtewert umgewandelt wird.
Ein derartiger Dichtemesser ist nicht universell für verschiedene Gase mit gleichbleibender Meßgenauigkeit einsetzbar, so daß er in der Regel in dem Gas geeicht wird, in dem der spätere Einsatz erfolgen soll. Bei der Dichtemessung von Erdgasen treten besondere Probleme auf, da die verschiedenen Erdgase sehr unterschiedliche Bestandteile enthalten und es kein Referenzgas gibt, das allen vorhandenen Erdgasen gerecht wird. Da Erdgase als Hauptbestandteil Methan enthalten, werden Dichtemesser für Erdgase heute in Methan als Referenzgas geeicht, wobei man bisher die sich durch die unterschiedliche Zusammensetzung der Erdgase ergebenden Meßfehler hingenommen hat, weil keine allgemein gültigen Korrekturverfahren für diese Dichtemessung bekannt waren. Diese Meßfehler können sich in der Größenordnung bis zu etwa 1,5% bewegen und treten allgemein als Plus-Fehler auf, so daß es bei der Abrechnung großer Gasmengen zu erheblichen Fehlbeträgen kommen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bei der Gasdichtemessung durch die Unterschiede in der Zusammensetzung der zu messenden Erdgase oder durch den Einsatz der Dichtemesser in anderen Gasen als das Referenzgas ausgelösten Meßfehler weitgehend zu eliminieren.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in den kennzeichnenden Verfahrensmerkmalen des Anspruchs 1 gesehen.
Bei dem vorgeschlagenen Korrekturverfahren ist der Erfinder von der durch Versuche bestätigten Erkenntnis ausgegangen, daß die Größenordnung des Meßfehlers abhängig ist von der im Vakuum gemessenen Eigenfrequenz des Schwingkörpers und der Meßfehler mit zunehmender Eigenfrequenz des Schwingkörpers größer wird. Unter Zugrundelegung dieser Erkenntnis kam der Erfinder auf die Idee, gleichzeitig zwei Schwingkörper von gleicher Bauart aber mit wesentlich voneinander abweichender Eigenfrequenz f&sub1; und f&sub2; mit dem zu messenden Gas zu beaufschlagen und aus den beiden sich ergebenden unterschiedlichen Dichtewerten ρ&sub1; und ρ&sub2; den tatsächlichen Meßfehler zu ermitteln.
Da der Meßfehler, wie weiterhin experimentell festgestellt werden konnte, annähernd linear mit der Eigenfrequenz ansteigt, kann der sich pro Frequenzeinheit ergebende Meßfehler in einfacher Weise dadurch im Rechner ermittelt werden, daß die Differenz der beiden Dichtewerte (ρ&sub1; - ρ&sub2;) zur Differenz der beiden Eigenfrequenzen der Schwingkörper (f&sub1; - f&sub2;) entsprechend
@W:&udf57;°Kr&udf56;É^&udf57;°Kr&udf56;Ê:°Kf°kÉ^°Kf°kÊ&udf54;&udf53;zl10&udf54;ins Verhältnis gesetzt wird. Der tatsächliche Meßfehler ergibt sich jetzt durch Multiplikation dieses frequenzspezifischen Meßfehlers mit einer der beiden Eigenfrequenzen f&sub1; oder f&sub2;. Dieser Meßfehler wird von dem zugehörigen Dichtewert ρ&sub1; oder ρ&sub2; abgezogen, so daß der korrigierte Dichtewert ρ _korr. entsprechend der Formel
&udf57;°Kr&udf56;°T°Kkorr.°t = &udf57;°Kr&udf56;É ^ @W:&udf57;°Kr&udf56;É^&udf57;°Kr&udf56;Ê:°Kf°kÉ^°Kf°kÊ&udf54; ´ °Kf°kÉ (kg/m&peseta;)&udf53;zl10&udf54;im Rechner angezeigt wird.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich somit in einfacher Weise allein durch die Verwendung zweier Schwingkörper mit unterschiedlicher Eigenfrequenz und durch das Inbeziehungsetzen der Dichtewertdifferenz (ρ&sub1;-ρ&sub2;) zur Eigenfrequenzdifferenz (f&sub1;-f&sub2;) die insbesondere bei der Dichtemessung von Erdgasen auftretenden Meßfehler weitgehend kompensieren, wobei die erforderlichen Rechenoperationen ohne großen Mehraufwand von dem vorhandenen Rechner ausgeführt werden, so daß direkt der korrigierte Dichtewert ρ _korr. angezeigt wird.
Ein besonders zweckmäßiges Dichtemeßverfahren ergibt sich entsprechend Anspruch 2 dadurch, daß als Schwingkörper zwei Schwinggabeln Verwendung finden, von denen die beiden Gabelzinken der einen Schwinggabel eine Eigenfrequenz aufweisen, die annähernd doppelt so hoch ist wie die Eigenfrequenz der beiden Gabelzinken der anderen Schwinggabel. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung solcher Schwinggabeln durch die hohe Meßwertauflösung der Gabeln und durch die große Differenz zwischen den beiden Eigenfrequenzen eine ausreichend große und über den gesamten Dichtebereich der verschiedenen Gase zu den Eigenfrequenzen proportionale Differenz der beiden Dichtewerte ρ&sub1; und ρ&sub2; erzielt wird, die eine ausreichend genaue Erfassung des Meßfehlers und damit eine geeignete Meßfehlerkorrektur ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand eines Diagramms in der Zeichnung näher erläutert, das die Fehlerkurven von zwei gemäß der Erfindung zusammenwirkenden Schwinggabeln bei drei verschiedenen Gasen zeigt. Die eine Schwinggabel arbeitet hier mit einer im Vakuum gemessenen Eigenfrequenz von etwa 100 Hz, während die andere Schwinggabel eine Eigenfrequenz von 500 Hz aufweist. Die beiden Schwinggabeln wurden in Methan geeicht.
Auf der Abszisse des Diagramms ist hierbei die Gasdichte ρ in kg/m³ und auf der Ordinate der Meßfehler in % aufgetragen. Die Kurve 1 a zeigt die Meßfehler der 1000-Hz-Schwinggabel in Prozent bei der Dichtemessung von Äthylen über den Dichtebereich von 20 bis 60 kg/m³, während in der Kurve 1 b die Meßfehler der 500-Hz-Schwinggabel bei der Messung des gleichen Gases aufgezeigt sind. Die beiden Kurven 2 a und 2 b lassen die Meßfehler bei der Messung von Stickstoff erkennen, während die Meßfehlerkurven 3 a und 3 b bei der Dichtemessung eines Erdgases aufgenommen wurden. Die in den Kurven 1 a, 2 a und 3 a gezeigten Meßwerte stammen alle von der gleichen Schwinggabel mit der 1000-Hz-Eigenfrequenz; während die Kurven 1 b, 2 b und 3 b alle mit der anderen 500-Hz-Schwinggabel aufgenommen wurden.
Sowohl aus dem Verlauf der beiden Fehlerkurven 1 a und 1 b als auch aus den Kurven 2 a und 2 b sowie 3 a und 3 b ist zu ersehen, daß die Meßfehlerwerte der 1000-Hz-Gabel fast über den ganzen Dichtemeßbereich etwa doppelt so groß sind wie die Meßfehlerwerte der 500-Hz-Gabel. Auffällig ist hierbei, daß die beiden Fehlerkurven 1 a und 1 b für Äthylen trotz des anders gearteten Kurvenverlaufs gegenüber den Kurven 2 a und 2 b für Stickstoff der gleichen Gesetzmäßigkeit im Hinblick auf die Größe des Meßfehlers gehorchen. Bei den beiden Kurven 3 a und 3 b ergibt sich darüber hinaus, daß bei negativen Fehlern die mathematische Gesetzmäßigkeit erhalten bleibt, in dem die Kurve 3 a der 1000-Hz-Gabel jetzt unterhalb der Kurve 3 b der 500-Hz-Gabel liegt, so daß die negative Differenz der beiden Dichtewerte ρ&sub1; und ρ&sub2; insgesamt zu einem positiven Wert in der Korrekturformel für ρ _korr. führt.

Claims

1. Verfahren zur Dichtemessung von Gasen, insbesondere von Erdgasen, bei dem ein vom zu messenden Gas beaufschlagter Schwingkörper elektromagnetisch zum Schwingen angeregt wird und dessen sich mit der Dichte der Gase ändernde Eigenfrequenz gemessen und in einem Rechner auf den Dichtewert umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schwingkörper gleicher Bauart aber mit wesentlich voneinander abweichender Eigenfrequenz in dem zu messenden Gas zum Schwingen angeregt werden und die Signale beider Schwingkörper getrennt voneinander abgegriffen und auf die beiden Dichtewerte umgewandelt werden, wobei die Differenz der beiden Dichtewerte bezogen auf die Differenz der benutzten beiden Eigenfrequenzen der Schwingkörper ein Maß für den Meßfehler der Dichte pro Frequenzeinheit ergibt, mit dem der gemessene Dichtewert korrigiert wird.

2. Dichtemeßverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei Schwinggabeln als Schwingkörper, von denen die beiden Gabelzinken der einen Schwinggabel eine Eigenfrequenz aufweisen, die annähernd doppelt so hoch ist wie die Eigenfrequenz der beiden Gabelzinken der anderen Schwinggabel.