DE4133782A1

DE4133782A1 - Verfahren und vorrichtung zur korrektur einer konzentration

Info

Publication number: DE4133782A1
Application number: DE4133782A
Authority: DE
Inventors: Akio Wada; Mitsuo Watanabe; Yoshikazu Yuki; Kazunori Ebisawa; Masashi Nishimoto; Kazuhisa Hayashi; Kiyoharu Kutsuna; Takehito Mizutani
Original assignee: Nihon Bunko KK; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1990-10-13
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1992-04-23
Also published as: US5315376A; JPH04148846A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor richtung zur Korrektur einer Konzentration und insbesondere auf Verbesserungen in einem Mechanismus zur Korrektur der gemessenen Konzentration einer Probe, deren Volumen sich mit einem Druck und einer Temperatur verändert.

Optische Einrichtungen zur Messung eines vorbestimmten Be standteils in einer Flüssigkeit oder einem Gas haben eine verbreitete Anwendung gefunden, und insbesondere wird das Absorptionsgrad-Meßverfahren im allgemeinen für die Konzen trationsmessung angewendet, weil es einen komplizierten Vor gang nicht erfordert.

Bei dem Absorptionsgrad-Meßverfahren wird der Absorptions grad einer Probe gemessen und der gemessene Wert in die vor gegebene Gleichung einer Eichungskurve substituiert, um die Konzentration der Probe zu erhalten. Das beruht auf der Tat sache, daß der Absorptionsgrad der Probe von der Quantität (Konzentration) eines einer Messung unterliegenden Mate rials, welches in einem vorgegebenen Volumen der Probe ent halten ist, in der Annahme abhängt, daß das Volumen der Pro be sich nicht unter einer Bedingung ändert.

Im Fall einer Messung eines Bestandteils, der in einem Käl temittel, wie Fluorkohlenwasserstoff und verflüssigtem Koh lensäuregas, enthalten ist, ändert sich jedoch das Volumen eines solchen Mediums mit einem Druck, einer Temperatur usw., und es ändert sich auch der Anteil des der Messung unterlie genden Materials pro Volumen mit der Änderung.

Als ein Ergebnis dessen ist die pro Volumen erhaltene Konzen tration des Materials nicht dem Anteil pro Masse, der als eine mehr substantielle Quantität gefordert wird, proportional, und es ist unmöglich, die genaue Konzentration pro Masseein heit zu erlangen.

Wenn eine Probe unter genauem konstanten Druck und genauer konstanter Temperatur gemessen wird, so wird dieses Problem gelöst. Um diese Messung zu verwirklichen, ist jedoch eine sehr strenge und komplizierte Regelung des Meßsystems notwen dig. Da darüber hinaus die Meßbedingungen in Meßvorrichtun gen und gemessenen Absorptionsgraden unterschiedlich sind, kann die Objektivität für die gemessenen Daten bezüglich der Konzentration des Materials nicht erwartet werden.

Es ist demzufolge die primäre Aufgabe der Erfindung, die oben zum einschlägigen Stand der Technik beschriebenen Proble me zu beseitigen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Korrektur einer Konzentration anzugeben, wodurch man imstande ist, die exakte Konzentration des in einem Medium, dessen Volumen für eine Änderung mit einer Temperatur und einem Druck anfällig ist, enthaltenen Zielbestandteils zu erhalten.

Um diese Aufgabe zu lösen, sieht die Erfindung eine Vorrich tung zur Korrektur einer Konzentration vor, die ein Korrek turkoeffizient-Rechengerät und eine Korrigiereinrichtung um faßt.

Das Korrekturkoeffizient-Rechengerät berechnet einen Korrek turkoeffizienten zur Korrektur der Konzentration eines einer Messung unterliegenden Materials, wenn die aktuelle Dichte des Mediums bei der Messung des Materials hinsichtlich der Dichte des Mediums nach der Bezugstemperatur und dem Bezugs druck berechnet wird, aus den Ergebnissen einer Temperatur- Meßeinrichtung und einer Druck-Meßeinrichtung.

Die Korrigiereinrichtung korrigiert das Ergebnis einer Ma terial-Meßeinrichtung auf der Basis des Korrekturkoeffizien ten auf eine Konzentration nach der Bezugstemperatur und dem Bezugsdruck.

Da eine Konzentration-Korrektureinrichtung gemäß der Erfin dung die oben beschriebenen Einrichtungen enthält, ist es möglich, virtuell die Konzentration eines Materials in einem Medium unter konstantem Druck und konstanter Tempera tur zu berechnen, indem der augenblicklich gemessene Wert unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten korrigiert wird, während das Volumen des Mediums, das als ein Parameter einer Temperatur und eines Drucks hinsichtlich eines Volumens un ter der konstanten Temperatur und dem konstnaten Druck ange sehen wird, berechnet wird.

Dadurch besteht die Möglichkeit, die Konzentration pro Mas seeinheit unter konstanten Bedingungen selbst dann zu berech nen, wenn die Temperatur und der Druck zur Zeit der Messung einer Änderung unterliegen.

Die Korrekturkoeffizient-Berechnungseinrichtung berechnet vorzugsweise Korrekturkoeffizienten a₀ und a₁ in der fol genden Gleichung:

C = a₀ + a₁ · A

worin C eine Konzentration und A die gemessene Dichte eines Materials darstellen, auf der Grundlage der folgenden Gleichungen:

worin P einen Druck, T eine Temperatur und α_i, β_i, γ_i sowie δ_i Konstante darstellen.

Es wird bevorzugt, daß eine Material-Meßeinrichtung, die Temperatur-Meßeinrichtung und die Druck-Meßeinrichtung in einer ein Kältemittel führenden Leitung in einem Kältemit telkreislauf angeordnet sind und die Material-Meßeinrichtung die Dichte des in dem Kältemittel enthaltenen Öls mißt.

Ferner wird vorgezogen, daß die Material-Meßeinrichtung, die Temperatur- und die Druck-Meßeinrichtung in einer ein Kältemittel führenden Leitung auf der Austrittsseite eines Gas-Flüssigkeit-Separators im Kältemittelkreislauf angeord net sind.

Die Aufgabe und die Ziele der Erfindung wie auch deren Merk male und Vorteile werden aus der folgenden, auf die Zeich nungen Bezug nehmenden Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh rungsform des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zum Aufbau einer Vorrichtung zur Korrektur einer Konzentration in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Flußplan zur Arbeitsweise der in Fig. 1 dar gestellten Vorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Korrektur einer Konzentration gemäß der Erfindung wird auf das Messen eines Ölgehalts in einem Kältemittel ange wendet.

Diese Korrekturvorrichtung umfaßt ein Photometer 10 als eine Material-Meßeinrichtung, einen in der Nähe des Photometers 10 angeordneten Temperaturfühler 12 als eine Temperatur-Meß einrichtung, einen nahe dem Photometer 10 angeordneten Druck fühler 14 als eine Druck-Meßeinrichtung, eine erste Zentral einheit 16 als ein Korrekturkoeffizient-Rechengerät und eine zweite Zentraleinheit 18 als eine Korrigiereinrichtung.

Das Photometer 10, der Temperaturfühler 12 und der Druckfüh ler 14 sind mit einer ein Kältemittel führenden Leitung (Kältemittel-Transportleitung) 20 verbunden, wobei das Photometer 10 den Ölgehalt pro Volumeneinheit im Kälte mittel durch einen UV-Absorptionsgrad mißt. Der Temperatur- und der Druckfühler 12 bzw. 14 messen die Temperatur bzw. den Druck des Kältemittels in der Transportleitung 20.

Da beide Fühler 12 und 14 in der Nähe des Photometers 10 an geordnet sind und die Kältemittel-Transportleitung 20 einen gleichförmigen Durchmesser hat, stimmen die von den Fühlern 12 bzw. 14 ermittelten Werte für die Temperatur bzw. den Druck mit der Temperatur und dem Druck des Kältemittels, das der Messung durch das Photometer 10 unterliegt, über ein.

Die erste Zentraleinheit (ZE) 16 ist mit einem A/D-Wandler ausgestattet, um die von den Fühlern 12 und 14 abgegebenen Analogdaten in Digitaldaten umzusetzen, und sie berechnet den Korrekturkoeffizienten zur Korrektur der Konzentration des Öls, wenn die aktuelle Dichte des Mediums hinsichtlich der Dichte des Mediums unter der Bezugstemperatur und dem Bezugsdruck berechnet wird.

Die zweite Zentraleinheit (ZE) 18 korrigiert die durch das Photometer 10 gemessenen Daten auf eine Konzentration nach der Bezugstemperatur und dem Bezugsdruck unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten.

Das korrigierte Ergebnis wird durch einen Drucker, Plotter od. dgl. 22 als eine Konzentration (Gew.-%) sichtbar darge stellt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 wird die Arbeitsweise der Korrekturvorrichtung von Fig. 1 erläutert.

Wenn ein Meßvorgang initiiert wird (Schritt 50), wird eine Zeitfunktion t zuerst auf 0 zurückgesetzt (Schritt 52). Dann werden im Schritt 54 ein Absorptionsgrad A, eine Temperatur T und ein Druck P vom Photometer 10 sowie dem Temperatur- und dem Druckfühler 12 bzw. 14 jeweils erhalten.

Ein von der Temperatur T und dem Druck P abhängiger Tempera turkoeffizient a₁ (P, T) wird dann durch die erste ZE 16 im Schritt 56 berechnet. Die zweite ZE 18 berechnet die Konzen tration C(t) zur Zeit t auf der Grundlage des Korrekturkoef fizienten a₁ (P, T) im Schritt 58 und stellt das Ergebnis in Form eines Ausdrucks od. dgl. sichtbar dar (Schritt 60).

Wenn diese Korrektur beendet ist, wird die nächste Messung initiiert, um die Daten nach dem Verstreichen einer Zeit Δ t zu messen (Schritt 62).

Durch die Vorrichtung zur Korrektur einer Konzentration gemäß der beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, genau einen Spurenbestandteil in einem Medium zu messen, dessen Volumen sich in hohem Maß mit einer Temperatur und einem Druck ändert, z. B. eines Kältemittels, und zwar als eine Konzentration pro Masse. Zusätzlich ist es auch möglich, seriell oder in regelmäßiger Folge die Konzentration (mit einem Abtastintervall von Δ t) unter konstanten Bedingungen auch dann zu messen, wenn die Temperatur und der Druck von einem Augenblick zum anderen sich ändern.

Der bei der Erfindung zur Anwendung gelangende Korrekturkoef fizient wird im folgenden erläutert.

Auf der Grundlage der Tatsache, daß die Konzentration dem Absorptionsgrad unter konstanter Temperatur und konstantem Druck proportional ist, wird die durch das folgene Funktions system wiedergegebene Eichkurve bei der in Rede stehenden Ausführungsform angewendet:

C = f_(A)
= a_{0(P, T)} + a_{1(P, T)} · A (1)

worin C eine Konzentration, A einen Absorptionsgrad, P einen Druck und T eine Temperatur darstellen.

Da es möglich ist, die Volumen- und Temperaturabhängigkeit einer Flüssigkeit (einschließlich eines superkritischen Fluids), das bei der vorliegenden Erfindung behandelt wird, in derselben Weise wie diejenigen eines Gases zu be handeln, gilt die folgende Gleichung:

PV = K₁ · T,

worin K₁ eine Konstante ist.

Weil C·V in derselben Probe konstant und der Absorp tionsgrad A der Konzentration proportional ist (A∼C), ist folglich A·V konstant (K₂).

Damit die als der gemessene Wert erhaltene Konzentration in derselben Probe ohne Rücksicht auf P und T konstant ist, ist es notwendig, daß die folgende Gleichung unabhängig von P und T gilt:

C = a_{0(P, T)} + a_{1(P, T)} · A
= a_{0(P, T)} + a_{1(P, T)} · (P/T) · K₁ · K₂ (2)

Das bedeutet, daß a_{1(P, T)} zu T/P proportional sein muß.

Auf der Grundlage der Gleichung (2) werden die experimentel len Formeln von a₀ und a₁ folgendermaßen dargestellt:

In den Gleichungen (3) und (4) sind α_i, β_i, γ_i sowie δ_i Konstante, die beispielsweise durch das kleinste Qua drat der Werte bestimmt sind, welche durch Messen einer Probe mit einer bekannten Konzentration erhalten werden.

Die oben beschriebenen Schlußfolgerungen werden auch durch einen anderen Prozeß erreicht.

Bei einem bestimmten Druck P und einer bestimmten Temperatur T gelten die folgenden Gleichungen:

C_{(P, T)} = a₀ + a₁ · A(_{P, T)} (5)

C_{(P, T)} · V_{P0, T0)} = C_{(P, T)} · V_{(P, T)} (6)

In diesen Gleichungen geben P₀ und T₀ einen Bezugsdruck und eine Bezugstemperatur an.

Die Gleichung (6) kann insofern folgendermaßen umgeformt werden:

Wenn die folgende Gleichung als die experimentelle Formel:

angenommen wird, wird letztlich dasselbe Funktionssystem wie es durch die Gleichungen (1), (3) und (4) wiedergegeben ist, erhalten.

Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform eine Unrein heit in einem Kältemittel gemessen wird, ist die vorliegen de Erfindung auch auf die Messung beispielsweise eines über kritischen Fluids anwendbar.

Wie erläutert wurde, ist es mit einer Vorrichtung zur Korrek tur einer Konzentration gemäß der Erfindung möglich, weil eine Korrekturkoeffizient-Berechnungseinrichtung sowie eine Korrigiereinrichtung vorgesehen sind, die exakte Konzen tration pro Masse ohne Rücksicht auf eine Temperatur und einen Druck zu erhalten.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Korrektur einer Kon zentration umfaßt somit eine Korrekturkoeffizient-Berech nungseinrichtung und eine Korrigiereinrichtung. Die Korrek turkoeffizient-Berechnungseinrichtung berechnet einen Kor rekturkoeffizienten, um die Konzentration des Materials, wenn die aktuelle Dichte des Mediums bei der Messung des Materials hinsichtlich der Dichte des Mediums nach der Be zugstemperatur sowie dem Bezugsdruck gemessen wird, zu kor rigieren, aus den Ergebnissen der Temperatur- sowie der Druck-Meßeinrichtung. Die Korrigiereinrichtung korrigiert die Ergebnisse der Material-Meßeinrichtung auf eine Kon zentration nach der Bezugstemperatur und dem Bezugsdruck auf der Grundlage des Korrekturkoeffizienten. Es ist mög lich, virtuell den gemessenen Wert des Materials in dem Medium unter konstanter Temperatur und konstantem Druck zu berechnen, indem der tatsächlich gemessene Wert unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten korrigiert wird, wäh rend das Volumen des Mediums, das als ein Parameter einer Temperatur sowie eines Drucks hinsichtlich eines Volumens unter der konstanten Temperatur und dem konstanten Druck angesehen wird, berechnet wird. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Konzentration pro Masseeinheit unter konstan ten Bedingungen zu berechnen, selbst wenn die Temperatur und der Druck zum Zeitpunkt der Messung verändert werden.

Wenngleich sich die Beschreibung auf eine gegenwärtig bevor zugte Ausführungsform der Erfindung bezieht, so ist klar, daß dem Fachmann bei Kenntnis der vermittelten Lehre ver schiedene Abwandlungen an Erfindungsgegenstand nahegelegt sind, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Korrektur einer Konzentration, gekennzeichnet

- durch eine Material-Meßeinrichtung (10), die das das Meßobjekt in einem Medium bildende Material als eine Konzentration pro Volumeneinheit mißt,
- durch eine nahe der Material-Meßeinrichtung (10) ange ordnete, die Temperatur des besagten Mediums messende Temperatur-Meßeinrichtung (12),
- durch eine nahe diesen Meßeinrichtungen (10, 12) ange ordnete, den Druck des besagten Mediums messende Druck- Meßeinrichtung (14),
- durch eine Korrekturkoeffizient-Berechnungseinrichtung (16), die einen Korrekturkoeffizienten zur Korrektur der Konzentration des genannten Materials, wenn die aktuelle Dichte des besagten Mediums bei der Messung des genannten Materials hinsichtlich der Dichte dieses Mediums nach der Bezugstemperatur sowie dem Bezugsdruck gemessen wird, aus den Ergebnissen der Temperatur- sowie der Druck-Meßeinrichtung berechnet, und
- durch eine Korrigiereinrichtung (18), die das Ergebnis der Material-Meßeinrichtung (10) auf eine Konzentration nach der Bezugstemperatur sowie dem Bezugsdruck durch den Korrekturkoeffizienten korrigiert.

2. Vorrichtung zur Korrektur einer Konzentration, gekennzeichnet

- durch eine Material-Meßeinrichtung (10), die das das Meßobjekt in einem Medium bildende Material als eine Dichte pro Volumeneinheit mißt,
- durch eine nahe der Material-Meßeinrichtung (10) ange ordnete, die Temperatur des besagten Mediums messende Temperatur-Meßeinrichtung (12),
- durch eine nahe diesen Meßeinrichtungen (10, 12) ange ordnete, den Druck des besagten Mediums messende Druck- Meßeinrichtung (14),
- durch eine Korrekturkoeffizient-Berechnungseinrichtung (16), die Korrekturkoeffizienten a₀, a₁ in der folgenden Gleichung (1): C = a₀ + a₁ · A (1)worin C die Konzentration und A die gemessene Dichte des genannten Materials sind,
für ein Korrigieren der Dichte des genannten Materials, wenn die aktuelle Dichte des besagten Mediums bei der Messung des genannten Materials hinsichtlich der Dichte dieses Mediums nach der Bezugstemperatur sowie dem Bezugs druck gemessen wird, aus den Ergebnissen der Temperatur- sowie der Druck-Meßeinrichtung auf der Grundlage der fol genden Gleichungen (2) und (3): worin P einen Druck, T eine Temperatur und α_i, β_i, γ_i sowie δ_i Konstante angeben,
berechnet, und
- durch eine Korrigiereinrichtung (18), die das Ergebnis der Material-Meßeinrichtung (10) auf eine Dichte nach der Bezugstemperatur sowie dem Bezugsdruck durch den Korrektur koeffizienten korrigiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Material-Meßeinrichtung (10), die Temperatur-Meßein richtung (12) sowie die Druck-Meßeinrichtung (14) in einer Kältemittel-Transportleitung (20) eines Kältemittelkreis laufs angeordnet sind und
- die Material-Meßeinrichtung (10) die Dichte des in der Kältemittel-Transportleitung enthaltenen Öls mißt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Material-Meßeinrichtung (10), die Temperatur-Meßein richtung (12) sowie die Druck-Meßeinrichtung (14) in einer Kältemittel-Transportleitung (20) auf der Austrittsseite eines Gas-Flüssigkeit-Separators im Kältemittelkreislauf angeordnet sind und
- die Material-Meßeinrichtung (10) die Dichte des in der Kältemittel-Transportleitung enthaltenen Öls mißt.

5. Verfahren zur Korrektur einer Konzentration, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Messen des ein Meßobjekt in einem Medium bildenden Ma terials als eine Dichte pro Volumeneinheit,
- Messen der Temperatur des besagten Mediums,
- Messen des Drucks des besagten Mediums,
- Berechnen eines Korrekturkoeffizienten zum Korrigieren der Dichte des genannten Materials, wenn die aktuelle Dich te des besagten Mediums bei der Messung des Materials hin sichtlich der Dichte des besagten Mediums nach der Bezugs temperatur und dem Bezugsdruck berechnet wird, aus den Ergebnissen der Temperatur- sowie der Druck-Meßeinrichtung und
- Korrigieren des Ergebnisses der Material-Meßeinrichtung auf eine Dichte nach der Bezugstemperatur sowie dem Be zugsdruck durch den erwähnten Korrekturkoeffizienten.

6. Verfahren zur Korrektur einer Konzentration, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Messen des ein Meßobjekt in einem Medium bildenden Ma terials als eine Dichte pro Volumeneinheit,
- Messen der Temperatur des besagten Mediums,
- Messen des Drucks des besagten Mediums,
- Berechnen von Korrekturkoeffizienten a₀, a₁ in der fol genden Gleichung (1): C = a₀ + a₁ · A (1)worin C die Konzentration und A die gemessene Dichte des genannten Materials sind,
für ein Korrigieren der Dichte des genannten Materials wenn die aktuelle Dichte des besagten Mediums bei der Mes sung des genannten Materials hinsichtlich der Dichte die ses Mediums nach der Bezugstemperatur sowie dem Bezugsdruck gemessen wird, aus den Ergebnissen der Temperatur- sowie der Druck-Meßeinrichtung auf der Grundlage der folgenden- Gleichungen (2) und (3): worin P einen Druck, T eine Temperatur und α_i, β_i, γ_i sowie δ_i Konstante angeben,
- Korrigieren des Ergebnisses der Material-Meßeinrichtung auf eine Dichte nach der Bezugstemperatur und dem Bezugs druck durch den erwähnten Korrekturkoeffizienten.