DE3717417C2

DE3717417C2 -

Info

Publication number: DE3717417C2
Application number: DE19873717417
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 6104 Seeheim-Jugenheim De Giesecke; Timm Dr. 6100 Darmstadt De Preusser; Bernd 6115 Muenster De Buehler
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1987-05-23
Filing date: 1987-05-23
Publication date: 1991-01-24
Also published as: DE3717417A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts einer Flüssigkeit in einem beweglichen Behälter, insbesondere in einem Tankfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung für fest angeordnete Behälter sind aus der DE 33 02 175 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist einen hydrostatisch gelagerten und auf eine Wägezelle abgestützten Kolben als Differenz druckmeßelement auf. Eine solche Anordnung bedingt einen erheblichen apparativen Aufwand mit Druckleitungen und Ventilen und ist nicht universell einsetzbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrich tung zur genauen Ermittlung des Gewichts oder der Masse einer Flüssigkeit in einem beweglichen Behälter zuschaffen, die universell verwendbar ist. Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angege ben.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist vielseitig einsetzbar und bei offenen und geschlossenen Behältern oder Tanks verwendbar. Druckschwankungen in der Atmosphäre gehen nicht in das Meßergebnis ein. Druckleitungen zwischen Behälter und Auswerteeinrichtung sind nicht erforderlich. Durch die Verwendung von Differenzdruckmeß elementen mit Membran- oder Federbalgelementen sind in Verbindung mit eichfähigen Wägezellen besonders hohe Genauigkeiten erreichbar. Durch die Lehre der Erfindung wird unter Berücksichtigung von mehreren Einflußgrößen mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine sehr genaue Gewichts- bzw. Massenbestimmung von Flüssigkeiten aller Art in Behältern unterschiedlicher Ausführung, insbe sondere auch in Tankfahrzeugen, möglich.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 Tankfahrzeug mit drei Differenzdruckmeßele menten,

Fig. 2 bis 4 Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei verschiedenen Tanksystemen,

Fig. 5 Federbalg-Differenzdruckmeßelement mit Wä gezelle.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Tankwagen mit drei an tiefliegenden Punkten des Tanks bzw. in der Tanksohle angeordneten Druckmeßelementen D₁ bis D₃, die auf Wägezel len (hier nicht dargestellt) abgestützt sind. Das Differenzdruckmeßelement D1 ist in einer Mittel-Längs achse am vorderen Tankende angeordnet. Die Elemente D₂, D₃ befinden sich am hinteren Tankende in einer Querachse und sind mit Abstand zueinander am Tank angebaut. Die drei Druckmeßelemente werden bei diesem Ausführungsbeispiel nicht nur zur Ermittlung der Druckhöhe h₁ bis h₃ der Flüssigkeitssäule, sondern auch zur Ermittlung der Schrägstellung des Tanks verwendet.

Schrägstellungen des Tanks haben in zweifacher Hinsicht Einfluß auf das Differenzdrucksignal. Einerseits dadurch, daß sich in Richtung der Erdbeschleunigung der Abstand zwischen Druckmeßelement und Flüssigkeitsspiegel ändert (Kosinusfehler). Andererseits infolge Verdrängung von Flüssigkeit in geometrisch anders geformte Regionen des Tanks (unbedeutend bei Quadern, relevant für Zylinder, äußerst relevant für Kugeln). Zur Kompensation des Schrägstellungsfehlers muß die Winkellage des Tanks in beiden Achsen x und y (Längs- und Querachse) bekannt sein. Diese kann durch Differenzbildung der Signale der drei Druckmeßelemente ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwei zueinander rechtwinklig ausgerichtete Neigungsmesser zu verwenden. Die eigentli che Fehlerkorrektur erfolgt in einem mathematischen Algorithmus, mit dem die sich aus der Schrägstellung ergebenden Meßfehler der Differenzdruckaufnehmer berechnet werden. Hierbei werden die je nach Druckhöhe verschiedenen geometrischen Formen des Tankes berücksichtigt.

Tankgeometrie, Winkelkorrekturfunktionen, ebenso wie Temperaturausdehnungsfunktionen des Tanks und Wichte- oder Dichtefunktionen werden in einem zur Meßkette gehörenden Mikrocomputer gespeichert.

In den Fig. 2 bis 4 sind mögliche Anordnungen von Differenzdruckaufnehmern D und Wägezellen W bei verschie denen Behältern bzw. Tanksystemen schematisch darge stellt. Die in den Zeichnungen angegebenen Formelzeichen bedeuten: p₀ = Außendruck, p₁ = Druck auf den Flüssig keitsspiegel, ρ = spezifisches Gewicht der Flüssigkeit, g = Erdbeschleunigung, h = Druckhöhe, Höhe des Flüssigkeits spiegels.

Fig. 2a zeigt ein offenes Tanksystem, bei dem lediglich der Außendruck bzw. Atmosphärendruck auf das Differenz druckmeßelement wirkt. In Fig. 2b ist ein geschlossenes System dargestellt, bei dem der Druck auf den Flüssig keitsspiegel am Differenzdruckmeßelement berücksichtigt wird. Fig. 2c zeigt ein geschlossenes System mit nicht linearer Tankgeometrie.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2a und 2b mit quaderförmigen Tankformen ist das Flüssigkeitsgewicht bzw. die Masse der Flüssigkeit im Behälter nur von der Druckhöhe h abhängig. Das spezifische Gewicht geht in diesen Fällen nicht in die Druckmessung ein.

Bei einer Tankform nach Fig. 2c ist das Flüssigkeitsge wicht nicht nur von der Druckhöhe h, sondern auch von der Innengeometrie des Behälters abhängig. Die Innengeometrie des Behälters kann in einem Mikroprozessor so gespeichert werden, daß für jede Druckhöhe h bzw. Höhe des Flüssig keitsspiegels das exakte Flüssigkeitsvolumen bestimmt werden kann. Einer bestimmten Druckhöhe h ist also immer ein bestimmtes Behältervolumen zugeordnet. Hieraus kann über das spezifische Gewicht der Flüssigkeit das Flüssig keitsgewicht bzw. die Flüssigkeitsmenge bestimmt werden.

Bei einer Ausführungsform nach Fig. 3 sind am Tank zwei Neigungsmesser (nicht dagestellt) zur Erfassung der Längsneigung α und der Querneigung β des Tankbehälters angeordnet. Aus der Neigung, der Druckhöhe und der Innengeometrie des Tanks kann das Volumen bzw. zusammen mit dem spezifischen Gewicht das Gewicht der Flüssig keitsmenge im Tank bestimmt werden. Außerdem kann die Temperatur ϑ der Flüssigkeit im Behälter im Mikroprozes sor oder Mikrorechner μ P bei der Volumen- bzw. Gewichts bestimmung berücksichtigt werden.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit einem geschlossenen System und drei Differenzdruckmeßelementen D₁, D₂, D₃ zur Ermittlung der Schrägstellung des Behälters. Es ist leicht erkennbar, daß mit Hilfe von jeweils zwei Diffe renzdruckmeßelementen in einer Behälterachse die Schräg stellung dieser Achse bestimmbar ist. Auch bei dieser Anordnung können Temperatureinflüsse sowohl der Flüssig keit im Behälter als auch des Behälters selbst im Mikroprozessor μ P berücksichtigt werden.

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform eines Differenzdruckmeß elementes 1 mit zwei Membranbälgen, wobei die vom Differenzdruck beaufschlagte Fläche des Elements auf eine Wägezelle abgestützt ist. Mit einem solchen Aufnehmer ist der Aufbau eines hydrostatisches Wägesystems möglich.

In einem druckdichten Gehäuse 2 ist als Differenzdruckmeß element ein Federbalgelement 3 mit einer Druckfläche oder einem Boden 4 angeordnet. Der Boden 4 ist sowohl dem Gesamtdruck (Druck der Flüssigkeitssäule und Druck über dem Flüssigkeitsspiegel) als auch dem Druck über dem Flüssigkeitsspiegel p₁ (oder dem Atmosphärendruck p₀ bei einem offenen System) ausgesetzt. Der Boden 4 stützt sich über einen Stempel 5 auf eine Wägezelle 6 ab. Ein zweites Federbalgelement 3′ umschließt den Stempel 5, so daß sich ein gegenüber der Atmosphäre abgeschlossenes Differenz druckmeßsystem ergibt. Die Federbalgelemente 3, 3′ bzw. das gesamte Differenzdruckmeßelement 1 sind flüssigkeits- und/oder gasdicht ausgeführt.

Das Differenzdruckmeßelement kann auch anders als dargestellt und beschrieben ausgeführt werden, z. B. ohne das zweite Federbalgelement 3′ oder mit einem zusätzlichen Kompensationsbalgelement zum Ausgleich der effektiven Druckfläche bzw. der Wirkfläche des Federbalgelements 3′.

Als Wägezelle wird eine hochgenaue, eichfähige Wägezelle verwendet. In Verbindung mit dem Federbalgmeßelement ergibt sich dadurch ein Differenzdruckaufnehmer, der besonders hohen Ansprüchen an die Genauigkeit genügt. Das beschriebene Differenzdruckmeßelement 1 mit Wägezelle 6 kann, wie zum Beispiel in Fig. 1 schematisch dargestellt, ohne zusätzliche Verbindungsleitungen unmittelbar am Flüssigkeitsbehälter, insbesondere am Tank eines Tankfahr zeugs, angeordnet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts einer Flüssigkeit in einem beweglichen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Differenzdruck meßelement vorgesehen ist, das auf eine Wägezelle wirkt und ein den Differenzdruck im Behälter propor tionales Meßsignal abgibt, wobei das Differenzdruck meßelement als flüssigkeits- und/oder gasdichtes Membran- oder Federbalgelement (1) ausgebildet ist, daß die durch den Differenzdruck beaufschlagte Fläche (4) des Elements auf die Wägezelle (6) abgestützt ist und daß ein Mikrorechner vorgesehen ist, der vorgege bene Daten für die Gewichtsermittlung speichert und der aus den gespeicherten Daten und dem Ausgangssignal der Wägezelle (6) das Gewicht der Flüssigkeit bestimmt.

2. Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts einer Flüssig keit in einem beweglichen Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an drei tiefliegenden Punkten des Behälters, jeweils ein Differenzdruckmeß element angeordnet ist, und daß aus den von diesen Druckmeßelementen gelieferten Meßsignale durch den Mikrorechner die Schrägstellung des Behälters ermittelt wird.

3. Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts einer Flüssig keit in einem beweglichen Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Behälter mindestens ein Neigungsmesser vorgesehen ist, der an den Mikrorechner ein der Neigung entsprechendes Ausgangs signal liefert.

4. Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts einer Flüssig keit in einem beweglichen Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewichtsbestimmung ein Mikrorechner vorgesehen ist, in dem mindestens die Daten für die Innengeometrie des Behälters fest gespeichert und dem die Daten für den Differenzdruck, das spezifische Gewicht der Flüssig keit und die Schrägstellung des Behälters um die Längs- und Querachse zur Verfügung stehen, woraus dieser durch ein bestimmtes Rechenverfahren das Gewicht der Flüssigkeit bestimmt.

5. Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts einer Flüssig keit in einem beweglichen Behälter nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Diffe renzdruckmeßelemente an einer Längsmittelachse und an einer Querachse des Behälters angeordnet sind.

6. Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichts einer Flüssig keit in einem beweglichen Behälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem tieflie genden Punkt des Behälters ein Differenzdruckmeßele ment mit Wägezelle angeordnet ist und daß zur Erfassung der Längs- und Querneigung des Behälters zwei zueinander rechtwinklig ausgerichtete Neigungs messer am Behälter angeordnet sind und daß die Ausgangssignale der Neigungsmesser dem Mikrorechner zur Verarbeitung zugeführt und bei der Ermittlung des Gewichts der Flüssigkeit berücksichtigt werden.