DE3925067A1 - Verfahren zum bestimmen des volumens eines hohlkoerpers und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Volumens eines Hohlkörpers durch Entspannen eines bekannten Volumens mit vorgegebenem Druck in den Hohlkörper und Verknüpfen der sich dabei einstellenden Druckunterschiede in eine dem zu bestimmenden Volumen proportionale Anzeigegröße.

Um Volumina von Hohlkörpern innerhalb einer Fertigungsstraße schnell bestimmen zu können, ist es bekannt, unter entspre­ chender Anwendung der Boyle-Mariotte′schen Gasgleichung P×V = const., wobei P der Druck eines Volumens und V die Größe dieses Volumens bedeuten, aus einem Behälter, der ein bekanntes Volumen V1 besitzt, das dort unter einem ebenfalls bekannten Überdruck P1 eingeschlossene Medium bis zum Druckausgleich in den zu bestimmenden Hohlraum V2 strömen zu lassen und unter Vermittlung des sich dabei einstellenden Druckes P2 das gewünschte Volumen V2 gemäß der Formel

zu bestimmen; vgl. DE 33 20 793 A1.

Ein solches Verfahren ist stark fehlerbehaftet, da die Messung eines spezifischen Gasvolumens stark vom Druck und der Temperatur abhängig ist. Sind zudem die zu bestimmenden Hohlräume nicht leckfrei, so entstehen durch das Wegdriften des Druckes infolge der Leckagen weitere Fehler und täuschen ein größeres Volumen als tatsächlich vorhanden vor. Beispielsweise sind solche Leckstellen die Ventile eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, dessen Kompressionsvolu­ men zu bestimmen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren derart weiterzubilden, daß Druck- und Temperatur­ einflüsse auf die Volumenbestimmung eines Prüflings weitest­ gehend kompensiert werden, insbesondere auch solche Fehler­ einflüsse, die durch vorgegebene Leckagen im Prüfling verursacht werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Anzeigegröße der Differenzdruck zweier vorgegebener gleichgroßer Fluid-Volumina gleichen Überdruckes dient, nachdem diese in den zu bestimmenden Hohlraum des Prüflings und in ein vorbestimmtes Vergleichsvolumen eingeströmt sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zwar ebenfalls zur Bestimmung eines Volumens die Boyle-Mariotte′sche Gasglei­ chung angewendet, jedoch kann durch die Anwendung zweier gleichgroßer vorbekannter Volumina vorgegebenen Druckes, die in einen Hohlraum bekannter Größe und in den zu bestimmenden Hohlraum des Prüflings sich entspannen, ein Differenzdruck­ verfahren zur Gegenüberstellung der Abbildungsgröße und der Vergleichsgröße benutzt werden, mit dem schnell und sicher gearbeitet und Druck- und Temperaturfehler weitestgehend kompensiert werden können. Anstelle der Bestimmung der absoluten Größe des Volumens erfolgt also nunmehr lediglich die Bestimmung der Abweichung eines unbekannten Volumens in bezug auf ein bekanntes Volumen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird zwecks Berück­ sichtigung von Leckagen im Hohlraum des Prüflings der Druckabfall des dem Prüfling zugeordneten Fluid-Volumens nach der Überführung in den Hohlraum des Prüflings in einer vorgegebenen Zeit t2 bestimmt, die an die Zeit t1 für die Volumenbestimmung des Prüflings sich anschließt, wobei die dabei ermittelte, der Leckage des Prüflings proportionale Änderung des Differenzdruckes als Korrekturgröße für die Volumenanzeige verwendet wird.

Die Weiterbildung der Erfindung ermöglicht also auch bei Hohlräumen mit einer Leckage unabhängig von dieser Leckage das Volumen während einer laufenden Messung genau zu bestimmen. Hierzu wird die Erkenntnis benutzt, das die für das angewendete Meßverfahren als Volumenvergrößerung wirkende Leckage in dem Zeitabschnitt bestimmbar ist, der unmittelbar nach dem Zeitabschnitt folgt, der für das Entspannen des Prüfvolumens in den zu bestimmenden Hohlraum benötigt wird, was sich empirisch leicht ermitteln läßt. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß sich die Größe dieser Leckage während der Meßzeit nicht ändert.

Zwecks Bestimmung des Volumens von Prüflingen unterschiedli­ cher Volumina werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das als Vergleichsgröße dienende bekannte Volumen entsprechend dem größten vorkommenden Volumen gewählt und werden zur Volumenbestimmung des Prüflings jeweils Zusatzvolumina solcher Größe zugeschaltet, daß für jeden Prüfvorgang etwa gleichgroße Volumina von Prüfling und Vergleichsvolumen vorhanden sind.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Druckquelle, einem Fülldruckanzeiger und einem Steuergerät zur Bestimmung des Volumens gemäß der Gasgleichung P×V=const., wobei P der Druck eines Mediums und V sein Volumen bezeichnet, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckquelle über je ein steuerbares Füllventil mit einem Meß- und einem Referenzzweig verbunden ist, denen jeweils ein gleichgroßes Referenzvolumen innerhalb eines Referenzdruckbehälters zugeordnet ist, und die über ebenfalls steuerbare Trennventile zu dem Prüfling und einem Vergleichs­ volumen führen und mit den Eingängen eines einen Brückenzweig für den Meß- und Referenzzweig bildenden Δ P-Meßumformers verbunden sind, dessen Ausgang mit einem Meßwertanzeiger verbunden ist.

Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß über die geöffneten Füllventile die Referenzdruckbehälter mit einem Medium vorbekannten Volumens und vorbekannten Überdruckes gefüllt und nach Füllung die Füllventile geschlossen sowie die bisher geschlossenen Trennventile für den Druckvergleich geöffnet werden, wobei der Δ P-Meßumformer bei geschlossenen Füll- und Trennventilen den im Meß- und Referenzzweig herrschenden gleichen Druckverhältnissen entsprechende, gleichgroße Meßwerte entgegengesetzten Vorzeichens an das Anzeigegerät liefert, dieses also in seiner Null-Lage verharrt, während bei geschlossenem Füll- und geöffneten Trennventilen jedoch ein den Volumenunterschieden entsprechender, vom Anzeigegerät anzuzeigender Differenz-Meßwert vom Δ P-Meßumformer geliefert wird.

Zwecks Berücksichtigung von Leckagen im Hohlraum des Prüf­ lings ist nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ein erweiterter Programmablauf vorgesehen. Hierzu ist der Ausgang des Δ P-Meßumformers über ein Rechen-Modul mit dem Meßwertanzeiger verbunden, um den Druckabfall des dem Prüfling zugeordneten Fluid-Volumens nach der Überführung in den Hohlraum des Prüflings in einer vorgegebenen Zeit t2 bestimmen zu können, die an die Zeit t1 für die Volumenbe­ stimmung des Prüflings sich anschließt und um die dabei ermittelte, der Leckage des Prüflings proportionale Änderung des Differenzdruckes zur Korrektur der Volumenanzeige zu verwenden. Der während der Zeit t1 ermittelte Meßwert und der während der Zeit t2 ermittelte Meßwert werden also im Rechen-Modul abgespeichert und miteinander zwecks korrigier­ ter Anzeige der jeweiligen Abweichung des Volumens des Prüflings vom Volumen des Referenzvolumens verknüpft.

Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der Δ P-Meßumfor­ mer auf einen Meßbereich eingestellt wird, der sich nach dem größten auftretenden Differenzvolumen zwischen Vergleichsvo­ lumen und Prüfling richtet, so daß mit einem Meßwertmanome­ ter, dessen Skala auf Δ V geeicht ist, die jeweilige Abweichung des Volumens des Prüflings gegenüber dem Differenzvolumen angezeigt wird. Über einstellbare Grenzkontakte kann der jeweils zulässige Bereich einer Abweichung des jeweils vorgegebenen Volumens eingestellt werden. Es ist vorteilhaft, wenn der Abgleich des Meßberei­ ches der Anordnung über den Fülldruckregler für das Auffüllen der Referenzdruckbehälter erfolgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbei­ spiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Anordnung zur Volumenbestimmung eines Prüflings gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Anordnung zur Bestimmung des Volumens eines mit einer Leckage behafteten Prüflings gemäß der Erfindung.

Ein von einer Druckquelle DQ geliefertes Druckmedium speist - wie die Fig. 1 und 2 zeigen - über einen Fülldruckregler FR einen Meßzweig MZ und einen Referenzzweig RZ einer allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Anordnung zur Bestimmung des Volumens eines Prüflings PR, und zwar unter Zuhilfenahme eines bekannten Vergleichsvolumens MT und unter Ausnutzung der Boyle-Mariotte′-schen Gasgleichung P×V=const.

Hierzu sind Meß- und Referenzzweig identisch ausgebildet und mit je einem über Füllventile Q1 und Q2 an die Druckquelle DQ anschließbaren Referenzdruckbehälter DB1 bzw. DB2 mit identischen Volumen V1 und V2 und mit je einem Trennventil Q3 bzw. Q4 versehen. Für die gewünschte Betätigung der Ventile Q1 bis Q4 ist ein Steuergerät St vorgesehen. Ferner ist ein einstellbarer, als Δ P-Meßumformer arbeitender Differenz­ druckmesser B1 vorgesehen, dessen Eingang E1 mit dem Meßzweig und dessen Eingang E2 mit dem Referenzzweig verbunden ist. Sein Ausgang A führt zu einem Meßwertmanometer P4 als Anzeigegerät.

Die Einstellung des Differenzdruckmessers erfolgt auf einem Meßbereich, der entsprechend dem maximalen Differenzvolumen V zwischen dem Vergleichsvolumen und dem Volumen des Prüflings zu wählen ist.

Über Anschlußstellen A1 und A2 sind der Prüfling PR bzw. das Vergleichsvolumen MT - ein sogenanntes Meisterteil - an den Meßzweig bzw. an den Referenzzweig angeschlossen. Das Anzeigegerät zeigt also eine durch den als Δ P-Meßumformer arbeitenden Differenzdruckmesser ermittelte Druckdifferenz zwischen den in beiden Zweigen jeweils herrschenden Druck an. Die Skala des Anzeigegerätes ist hierbei in ± Δ V geeicht. Das Anzeigegerät P4 weist ferner zu beiden Seiten des Skalenstriches "0" je einen einstellbaren Grenzkontakt k1 und k2 auf, über die der jeweils zulässige Bereich einer Abweichung des jeweils zu bestimmenden Volumens von dem vorgegebenen Volumen eingestellt werden kann.

Der notwendige Abgleich des Differenzdruckmessers erfolgt am zweckmäßigsten über den Fülldruckregler FR. Selbstverständ­ lich kann dies auch über den Meßbereich des Differenzdruck­ messers geschehen.

Zum Bestimmen des Volumens des Prüflings ist in einem ersten Arbeitsvorgang die Anordnung mit Druckmedium zu füllen, was über die Druckquelle, den Fülldruckregler und die geöffneten Füllventile erfolgt, wobei das Druckmedium mit ca. 1 bar Überdruck in die Referenzdruckbehälter eingespeist wird. Infolge des konstanten Fülldruckes und der gleichen Volumen in Meß- und Referenzzweig zeigt der ebenfalls mit dem Fülldruck beaufschlagte Δ P-Meßumformer den Differenzdruck "Null" an; Meßzweig und Referenzzweig sind ausgeglichen. Für den Meßvorgang werden werden Meß- und Referenzkreis voneinander getrennt, was durch Schließen der Füllventile über des Steuergerät St erfolgt. Daran anschließend werden die Trennventile über das Steuergerät St geöffnet, so daß das Druckmedium aus dem Referenzdruckbehälter des Meßzweiges in den Prüfling und das Druckmedium aus dem Referenzdruckbehäl­ ter des Referenzzweiges in das Vergleichsvolumen entspannen können. Sind Vergleichsvolumen und Volumen des Prüflings gleich groß, so erfolgt infolge des fehlenden Differenz­ druckes am Anzeigegerät die Anzeige "Null". Bei unterschied­ lichen Volumen dagegen erfolgt eine der Größe der Abweichung des Volumens des Prüflings vom Vergleichsvolumen proporti­ onale Anzeige +Δ V bzw. -Δ V entsprechend der gewählten Auslegung und Eichung der Anordnung.

Die Schaltmittel für das Öffnen und Schließen von Füll- und Trennventilen sowie das Zu- und Abführen der Prüflinge sind hier, da nicht zur Erfindung gehörend, im einzelnen weder dargestellt noch beschrieben. Entsprechendes gilt für die Ausbildung des Anzeigegerätes, das selbstverständlich mit einem Drucker und/oder Signaleinrichtungen verbunden sein kann entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles.

Das zweite, in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist gegenüber dem ersten, in Fig. 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Fuktionsmo­ dul mit einem Rechen-Modul RM auf, das zwischen dem Ausgang des Δ -Meßumformers P1 und dem Eingang des Anzeigegerätes P4 angeordnet ist. Ferner ist ein Wahlschalter WS vorgesehen, über den dem Prüfling PR einzelne Zusatzvolumina V1 bis Vn zuschaltbar sind. Mit Hilfe des Rechen-Moduls wird jeweils das durch Leckagen des Prüflings vorgetäuschte Volumen für die Anzeige der tatsächlichen Volumenabweichung eleminiert. Dies erfolgt in der Weise, daß nach dem Auslösen eines Meßvorganges während einer Zeit t1, die durch ein erstes Zeitglied t1 bestimmt ist, der bei der Bestimmung der Abweichung des Volumens des Prüflings vom Vergleichsvolumen ermittelte Meßwert gespeichert wird, und während einer Zeit t2, die durch ein zweites Zeitglied t2 bestimmt ist, der als Korrekturgröße dienende Meßwert, der dem infolge vorhandener Leckage des Prüflings auftretenden Druckabfall proportional ist, gespeichert wird; beide über den Δ P-Meßumformer festgestellten Meßwerte, die den sich einstellenden Differenzdrücken proportional sind, werden miteinander zu einem korrigierten Anzeigewert verknüpft, der auf dem Anzeigegerät P4 zur Anzeige gelangt und der der tatsächlichen Volumenabweichung proportional ist.

Mit Hilfe der Zusatzvolumina V1 bis Vn, die dem Prüfling über den Wahlschalter WS zuschaltbar sind, können Prüflinge unterschiedlichen Volumens in der Anordnung hinsichtlich ihres tatsächlichen Volumens bestimmt werden, wenn das Vergleichsvolumen - Meisterteil - so gewählt ist, daß es dem größten vorkommenden Volumen eines Prüflings entspricht. Für die Anwendung des vorstehend beschriebenen Differenzdruck- Meßverfahrens ist es nämlich erforderlich, daß jeweils gleichgroße Volumina beim Prüfling und beim Vergleichsvolumen vorhanden sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum Bestimmen des Volumens eines Hohlkörpers durch Entspannen eines bekannten Volumens mit vorgegebe­ nem Druck in den Hohlkörper und Verknüpfen der sich dabei einstellenden Druckunterschiede in eine dem zu bestimmen­ den Volumen proportionale Anzeigegröße, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Anzeigegröße der Differenzdruck zweier vorgegebener gleichgroßer Fluid- Volumina gleichen Überdrucks dient, nachdem diese in den zu bestimmenden Hohlraum des Prüflings und in ein Vergleichsvolumen eingeströmt sind zwecks Festellung der Abweichung des Volumens des Prüflings vom Vergleichsvolu­ men.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwecks Berücksichtigung von Leckagen im Hohlraum des Prüflings der Druckabfall des dem Prüfling zugeordneten Fluid-Volumens nach der Überführung in den Hohlraum des Prüflings in einer vorgegebenen Zeit t2 bestimmt wird, die an die Zeit für die Volumenbestimmung des Prüflings sich anschließt, und daß die dabei ermittelte, der Leckage des Prüflings proportionale Änderung des Differenzdruckes als Korrekturgröße für die Volumenanzeige verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwecks Bestimmung des Volumens von Prüflingen unterschiedlicher Volumina das als Vergleichsgröße dienende bekannte Volumen entspre­ chend dem größten vorkommenden Volumen gewählt ist, und daß zur Volumenbestimmung des Prüflings jeweils Zusatzvolumina solcher Größe zugeschaltet werden, daß für jeden Prüfvorgang etwa gleichgroße Volumina von Prüfling und Vergleichsvolumen vorhanden sind.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Druckquelle, einem Fülldruckanzei­ ger und einem Steuergerät zur Bestimmung des Volumens gemäß der Gasgleichung P×V=const., wobei P der Druck eines Mediums und V sein Volumen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (DQ) über je ein steuerbares Füllventil (Q1, Q2) mit einem Meß- und einem Referenzzweig (MZ, RZ) verbunden ist, denen jeweils ein gleichgroßes Referenzvolumen (Referenzdruckbehälter DB1, DB2) zugeordnet ist und die über ebenfalls steuerbare Trennventile (Q3, Q4) zu dem Prüfling (PR) und einem Vergleichsvolumen (MT) führen und mit den Eingängen (E1, E2) eines einen Brückenzweig für den Meß- und Referenzzweig bildenden Δ P-Meßumformers (B1) verbunden sind, dessen Ausgang (A) mit einem Meßwertanzeiger (P4) verbunden ist, dies alles in derartiger Anordnung, daß über die geöffneten Füllventile die Referenzdruckbehälter mit Überdruck gefüllt und nach Füllung die Füllventile geschlossen sowie die bisher geschlossenen Trennventile für einen Druckvergleich geöffnet werden, so daß der Δ P-Meßumformer einen den augenblicklichen Druckverhältnissen in Meß- und Referenzzweig entsprechenden, vom Meßwertanzeiger anzuzeigenden Meßwert liefert.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (DQ) über je ein steuerbares Füllventil (Q1, Q2) mit einem Meß- und einem Referenzzweig (MZ, RZ) verbunden ist, denen jeweils ein gleichgroßes Referenz­ volumen (Referenzdruckbehälter DB1, DB2) zugeordnet ist, und die über ebenfalls steuerbare Trennventile (Q3, Q4) zu dem Prüfling (PR) und einem Vergleichsvolumen (MT) führen und mit den Eingängen (E1, E2) eines einen Brückenzweig für den Meß- und Referenzzweig bildenden Δ P-Meßumformers (B1) verbunden sind, dessen Ausgang (A) über ein Rechen-Modul (RM) mit dem Eingang eines Meßwertanzeigers (P4) verbunden ist, dies alles in derartiger Anordnung, daß über die geöffneten Füllventile die Referenzdruckbehälter mit Überdruck gefüllt und nach Füllung die Füllventile geschlossen sowie die bisher geschlossenen Trennventile für den Druckvergleich zwischen Meßzweig und Referenzzweig geöffnet werden, so daß der Δ P-Meßumformer einen den augenblicklichen Druckverhältnissen entsprechenden Meßwert liefert, wobei über das Rechen-Modul innerhalb einer Zeit t1 der der Volumenabweichung des Prüflings proportionale Meßwert und innerhalb einer daran sich anschließenden Zeit t2 der einer Leckage des Prüflings proportionale Meßwert bestimmt und diese Meßwerte derart miteinander verknüpft werden, daß der dem Meßwertanzeiger gelieferte korrigierte Meßwert der tatsächlichen Volumenabweichung des Prüflings vom Referenzvolumen proportional ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Prüfling (PR) über einen Wahlschalter (WS) Zusatzvolumina (V1-Vn) zuschaltbar sind.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fülldruck über einen einstellbaren Druckregler (FR) dem Meß- und Referenzzweig (MZ, RZ) zugeführt ist.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßwertanzeiger (P4) ein Meßwertmanometer mit in der Mitte seiner Anzeigeskala liegendem Nullpunkt ist, und daß beidseitig zum Nullpunkt (0) des Meßwertanzeigers (P4) einstellbare Grenzkontakte (k1, k2) angeordnet sind.