DE3706638A1 - Schlauchwaage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft hochgenaue automatische Schlauchwaagen, deren Meßwertaufnehmer unterschiedlicher Temperaturen ausgesetzt sowie aus einem Schlauchsystem heraustrennbar sind und die zur Langzeitüberwachung von Höhenniveaus eingesetzt werden. Die Erfindung ist grundsätzlich auf alle Meßgeräte zur Bestimmung geodätischer Höhenunterschiede sowie deren Änderung anwendbar, die nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren arbeiten.

Es sind elektronisch messende Schlauchwaagen bekannt, die auf Grund ihrer niedrigen Genauigkeitsklassen auf eine Temperaturkompensation teilweise oder vollständig verzichten, für höhere Genauigkeitsklassen ist eine aufwendige Korrekturberechnung durchzuführen. Die temperaturabhängigen Meßfehler bei Schlauchwaagen resultieren im wesentlichen aus zwei Effekten. Erstens kommt es bei Temperaturänderung zu einer Dichteänderung der Meßflüssigkeit und damit über eine Volumenänderung zu einer Höhenänderung des Flüssigkeitsspiegels. Zweitens ist bei Schlauchwaagenaufnehmern, die aus einem System von untereinander verbundenen Meßwertaufnehmern ohne Beeinflussung der Füllstände in den restlichen Meßwertaufnehmern herausgelöst werden können, auf Grund des Vorhandenseins eines geeigneten Absperrhahnes eine konstante Querschnittsfläche zwischen dem Fußpunkt und dem Flüssigkeitsspiegel im Meßzylinder nicht möglich oder nur realisierbar durch die Verschlechterung anderer Parameter. Das hat zur Folge, daß Temperaturänderung keine umgekehrt proportionale Änderung der Dichte ρ und der Höhe der Flüssigkeitssäule erfolgt. Damit ändert sich der Druck im Fußpunkt des Meßzylinders und es kommt zu einer Ausgleichsverschiebung der Flüssigkeitssäulen in allen Meßwertaufnehmern. Dieser Temperatureffekt findet bisher bei Schlauchwaagenaufnehmern, die von einem Schlauchsystem getrennt werden können, keine Berücksichtigung, und dadurch wird die obere Grenze der Genauigkeitsklasse stark beeinflußt und ist rechnerisch nur sehr aufwendig zu eleminieren, da neben den konstruktiven Parametern die Flüssigkeitstemperaturn sämtlicher im System befindlicher Meßwertaufnehmer in den korrigierten Meßwert eines jeden Meßwertaufnehmers eingehen.

Ziel der Erfindung ist, die durch die genannten temperaturabhängigen Meßfehler bedingten Nachteile des Standes der Technik für aus einem Schlauchsystem heraustrennbare Meßwertaufnehmer, entsprechend des zweiten temperaturabhängigen Effektes auszuschließen, um den rechnerischen und rechentechnischen Aufwand bei Messungen hoher Genauigkeit gering zu halten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, in einem Schlauchwaagensystem die Meßwertaufnehmer so zu gestalten, daß jeder Meßwertaufnehmer eine geschlossene und von den anderen Meßwertaufnehmern unabhängige meßwertkorrigierende Einheit darstellt, so daß die Meßwerte eines Meßwertaufnehmers nicht mehr von den Temperaturen in den übrigen Meßwertaufnehmern abhängen und der theoretische Fehler einer Differenzmessung zwischen zwei Meßwertaufnehmern kleiner als die Genauigkeitsforderung an das Schlauchwaagensystem ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Flüssigkeitsvolumen V _s und die Meßwertaufnehmergeometrie im Bereich der Höhe h _s zwischen einem Fußpunkt (5) und einer Unterkante (7) eines Meßzylinders so dimensioniert ist, daß die Flüssigkeitshöhe h _k eines Meßwertaufnehmers von den Temperaturen ϑ _i in den anderen Meßwertaufnehmern unabhängig ist. Die Meßwertaufnehmergeometrie zwischen dem Fußpunkt (5) und der Unterkante (7) ist dabei so gestaltet, daß das Volumen V _s dem Volumen eines Zylinders vom Radius r des Meßzylinders und der Höhe h _s zwischen dem Fußpunkt (5) und der Unterkante (7) des Meßzylinders entspricht. Weiterhin wird ein Feinabgleich des Volumens V _s in Abhängigkeit vom Radius r des Meßzylinders und der Höhe h _s mit dem Ziel

vorgenommen.

Durch die Erfindung wird der Meßprozeß in einem Schlauchwaagensystem hoher Genauigkeit wesentlich vereinfacht, denn jeder Meßwertaufnehmer kann als eine selbständige Meß- und Recheneinheit mit einer vollständigen Temperaturkorrektur erhalten werden. Die Anzahl der Meßwertaufnehmer in einem Schlauchwaagensystem kann dabei ohne Änderung der Software beliebig verändert werden. Die Auswertung der einzelnen Meßwerte des Schlauchwaagensystems beschränkt sich dann im wesentlichen auf die Abfrage der Meßwerte und die Differenzbildung zwischen zwei Meßwertaufnehmern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ein an sich bekanntes Schlauchwaagensystem mit zwei Meßwertaufnehmern,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 1 zeigt ein Schlauchwaagensystem 1 mit zwei Meßwertaufnehmern 2 und 3, für die unter der Voraussetzung einer horizontalen Verlegung der Verbindungsschläuche 4 die an sich bekannte Beziehung zur Temperaturkorrektur für n Meßwertaufnehmer gilt:

dabei ist:

h _(k) die gemessene Höhe zwischen einem Fußpunkt 5 und einem Flüssigkeitsspiegel 6 im k-ten Meßwertaufnehmerh _{(k) korr} die temperaturkorrigierte Höhe über den Fußpunkt 5 im k-ten Meßwertaufnehmerρ _k die Dichte der Meßflüssigkeit im k-ten Meßwertaufnehmerρ₀die Bezugsdichte, auf die die Höhen korrigiert werden ndie Anzahl der angeschlossenen Meßwertaufnehmer im Schlauchwaagensystem ρ _i die Meßflüssigkeit im i-ten Meßwertaufnehmer V _s das Flüssigkeitsvolumen zwischen dem Fußpunkt 5 und der Unterkante 7 des Meßzylinders h _s die Höhe zwischen dem Fußpunkt 5 und der Unterkante 7 des Meßzylinders rRadius des Meßzylinders ϑ _{i, k} Temperatur im i-ten bzw. k-ten Meßwertaufnehmer

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, indem eine Querschnittsänderung des Flüssigkeitsvolumens V _s über die Höhe h _s , die durch eine Aufbauchung des Meßzylinders zwischen einem Fußpunkt 5 und einer Unterkante 7 eines Meßzylinders erreicht wird. Die temperaturkorrigierte Höhe h _{(k) korr} eines Meßwertaufnehmers jetzt nicht mehr von den Temperaturen ϑ _i in den übrigen Meßwertaufnehmern abhängig, sondern nur noch über die Dichte ρ _k von der eigenen Temperatur j _k . Dadurch vereinfacht sich die Temperaturkorrekturbeziehung h _{(k) korr} auf:

Das Volumen V _s und die Höhe h _s erfüllen dabei die Bedingung

wobei C _max der größtmögliche Wert für C ist, bei dem unter Verwendung der vereinfachten Temperaturkorrekturbeziehung II der theoretische Fehler einer Differenzmessung zwischen zwei Meßwertaufnehmern kleiner als die Genauigkeitsforderung an das Schlauchwaagensystem ist.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem durch ein zusätzliches Gefäß 8 die notwendige Volumenvergrößerung erreicht wird.

Durch die Schrauben 9 in Fig. 2 und 3 wird ein Feinabgleich des Volumens V _s mit

durchgeführt, um Fertigungstoleranzen ausgleichen zu können.

Claims (3)

1. Schlauchwaage, deren Meßwertaufnehmer unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sowie aus einem Schlauchsystem heraustrennbar sind, bei einer vorzugsweise horizontalen Verlegung der Verbindungsschläuche zwischen den einzelnen Meßwertaufnehmern, gekennzeichnet dadurch, daß das Flüssigkeitsvolumen V _s und die Meßwertaufnehmergeometrie im Bereich der Höhe h _s zwischen einem Fußpunkt (5) und einer Unterkante (7) eines Meßzylinders so dimensioniert ist, daß die Flüssigkeitshöhe h _(k) eines Meßwertaufnehmers von den Temperaturen ϑ _i in den anderen Meßwertaufnehmern unabhängig ist.

2. Schlauchwaage nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßwertaufnehmergeometrie zwischen dem Fußpunkt (5) und der Unterkante (7) des Meßzylinders so gestaltet ist, daß das Volumen V _s dem Volumen eines Zylinders vom Radius r des Meßzylinders und der Höhe h _s zwischen dem Fußpunkt (5) und der Unterkante (7) des Meßzylinders entspricht.

3. Schlauchwaage nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Feinabgleich des Volumens V _s in Abhängigkeit vom Radius r des Meßzylinders und der Höhe h _s mit vorgesehen ist.