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