DE4400385A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen des Gasgehalts in Flüssigkeiten, insbesondere in in Schmiermittelkreisläufen befindlichen Mineralölen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen des Gasgehalts in Flüssigkeiten, insbesondere in in Schmiermittelkreisläufen befindlichen MineralölenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen
Messen des Gasgehaltes in Flüssigkeiten, insbesondere in in
Schmiermittelkreisläufen befindlichen Mineralölen.
Meßverfahren zur Gasgehaltsbestimmung werden insbesondere
zur Optimierung von tribologischen Systemen angewendet. In
Flüssigkeiten bzw. in Fluiden vorhandenes Gas kann in ge
löster und ungelöster Form vorliegen, wobei man bei den
ungelösten Gasanteilen zwischen makroskopischen Gasblasen
und mikroskopische fein verteilten (dispergierten)
Gasbläschen unterscheidet. Durch Lösungs- und Entlösungsvor
gänge können Komponenten in tribiologischen Systemen beschä
digt werden bzw. ausfallen. Die Bestimmung des Gesamtgasge
haltes z. B. in Hydrauliksystemen bzw. in in Schmiermittel
kreisläufen befindlichen Mineralölen ist bei der Optimierung
und beim Einsatz solcher Systeme dringend erforderlich.
Grundsätzlich lassen sich die Meßverfahren in zwei Gruppen
einteilen, zum einen in die diskontinuierlichen Verfahren,
bei denen eine Probenentnahme erfolgt. Dadurch kann nur eine
augenblickliche Bestimmung des Gasgehaltes erfolgen. Diese
diskontinuierlichen Meßverfahren werden demzufolge in der
Regel nur bei stationären Gas/Flüssigkeitsmischungszu
ständen, sogenannten Verschäumungszuständen, angewendet.
Eine Aussage über die dynamischen, also nicht stationären,
Verschäumungsänderungen, können nicht erfolgen.
Zum anderen sind kontinuierliche Meßverfahren bekannt, bei
denen eine ständige Messung des Gasgehaltes erfolgt, so daß
besonders auch Aussagen bei kritischen Betriebszuständen er
folgen können.
Bei einem bekannten Verfahren der genannten Art wird die
Flüssigkeit, bei tribiologischen Systemen in der Regel ein
mit Luft oder Verbrennungsgasen versetztes Mineralöl, durch
ein U-Profil geleitet und die Masse des Gas/Flüssigkeitsge
misches durch Wiegen bestimmt. Der Anteil des ungelösten
Gases verringert aufgrund seiner geringen Dichte die Dichte
des Gas/Flüssigkeitsgemischs. Da das Volumen im U-Rohr
konstant ist, kann die Masse als Maß herangezogen werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist als
sogenannte Durchflußwaage bekannt. Ein großer Nachteil die
ses Verfahrens liegt darin, daß keine quantitavive Aussage
über den Anteil des gelösten Gases möglich ist. Ferner
verursacht die Temperaturabhängigkeit des Gasvolumens erheb
liche Meßfehler.
Ferner ist ein kontinuierliches Meßverfahren bekannt, bei
dem mit Hilfe einer Glasfasersonde in dem Gas/Flüssigkeits
gemisch die Reflexion zuvor eingekoppelten sichtbaren
Lichts an Gasblasen ermittelt wird. Hierbei besteht aber der
Nachteil, daß keine quantitative Aussage über den Anteil des
gelösten Gases bzw. des dispergierten Gases möglich ist.
Ferner wird nur lokal an der Sondenspitze gemessen. Deswei
teren ist eine begleitende Druck- und Temperaturmessung
erforderlich, um Aussagen über die Gasmengen zu treffen.
Auch ist die Unterscheidung verschiedener Gasblasengrößen
stark fehlerbehaftet.
Desweiteren ist ein kontinuierliches radiometrisches Meßver
fahren bekannt, bei dem das Gas/Flüssigkeitsgemisch in de
finierter Schichtdicke mit Röntgen- bzw. Gamma-Strahlen
bestrahlt wird. Die Strahlungsabsorption der Flüssigkeit und
des Gases unterscheiden sich erheblich, so daß die Absorp
tion des Gas/Flüssigkeitsgemischs als ein Maß für den Gas
gehalt herangezogen werden kann. Hierbei liegt der Nachteil
aber darin, daß insbesondere bei der Langzeituntersuchung
von Mineralölen in Schmiermittelkreisläufen mit der Zeit Ab
riebpartikel aus den Maschinenelementen in das Öl eintreten.
Diese Abriebpartikel besitzen einen sehr hohen Massen
schwächungskoeffizient im Vergleich zu den Massenschwä
chungskoeffizienten des Öls und des darin befindlichen
Gases, so daß eine Langzeitmessung fehlerbehaftet ist. Fer
ner bestehen insbesondere bei der Exposition mit Gammastrah
len Entsorgungsprobleme der Anlage und des Öls. Die sicher
heitstechnischen Auflagen bei dem Umgang mit den dabei ver
wendeten radioaktiven Isotopen erschweren das Verfahren
zusätzlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues
kontinuierliches Meßverfahren für den Gasgehalt in Flüssig
keiten zu schaffen, das auch den Anteil gelösten und disper
gierten Gases berücksichtigt, das mit geringem Aufwand ohne
hohe sicherheitstechnische Auflagen arbeitet und das mög
lichst wenige Meßgrößen benötigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren ge
löst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die in der
Flüssigkeit vorliegenden ungelösten Gasanteile durch Ver
dichten des Gas/Flüssigkeitsgemischs unter Hochdruck voll
ständig zur Lösung gebracht werden, daß danach das Gas/Flüs
sigkeitsgemisch in eine Drosselstelle eingebracht wird,
wodurch das gelöste Gas durch das Abfallen des statischen
Drucks in der Drosselstelle teilweise zur Entlösung gebracht
wird, daß nach der Drosselstelle die Trübung des Gas/Flüs
sigkeitsgemischs mit einem optoelektronischen Meßfühler
gemessen wird, daß mit dem optoelektronischen Meßfühler über
einen Regler ein Stellventil hinter der Drosselstelle und
dem optoelektronischen Meßfühler angesteuert und soweit
geschlossen bzw. geöffnet wird, daß die entlösten Gasanteile
in der Drosselstelle beim Eintritt in die Regelstrecke einem
am Regler vorgegebenen Sollwert entsprechen, und daß
schließlich der dem Sättigungsdruck des Gas/Flüssigkeits
gemischs entsprechende Druck in der Regelstrecke über einen
Drucksensor gemessen wird, wobei der Sättigungsdruck auf
grund bekannter physikalischer Zusammenhänge in den Gasge
halt des Gas/Flüssigkeitsgemischs umgesetzt wird.
Die Grundlage dieses Meßverfahrens basiert auf dem soge
nannten Henry-Dalton′schen Gesetz, mit dem der proportionale
Zusammenhang zwischen der gelösten Gasmenge und dem stati
schen Druck der Flüssigkeit beschrieben wird:
Dabei sind Vgas das Gasvolumen unter Normalbedingungen Vfluid
das Flüssigkeitsvolumen unter Normalbedingungen, p₀ der sta
tische Druck unter Normalbedingungen, P₁ der statische
Druck. Als Normalbedingungen sind eine Temperatur von 25°C
und ein Druck von 1013 mbar anzusetzen. Der Bunsenkoef
fizient αv ist ein dimensionsloser Proportionalitätsfaktor,
der angibt, wieviel Volumen eines Gases in einer Volumen
einheit einer Flüssigkeit gelöst sind. Bei Luft/Ölgemischen
beträgt der Bunsenkoeffizient einen Wert von 8-9% und ist
über einen relativ großen Temperatur- und Viskositätsbereich
konstant.
Ist die Gas/Flüssigkeitslösung gesättigt, so kann über den
dem Sättigungsdruck entsprechenden statischen Druck die
gelöste Gasmenge bestimmt werden. Durch Ausnutzung physika
lischer Vorgänge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann
das Gleichgewicht zwischen dem statischen Druck und der
gelösten Gasmenge hergestellt werden. Dabei werden durch
eine Druckerhöhung die ungelösten Gasanteile zur Lösung in
der Flüssigkeit gebracht und zusätzlich die Druckenergie der
Strömung erhöht. Anschließend wird die Strömung durch eine
Drosselstelle geleitet. Die hierbei auftretenden hydrodyna
mischen Phänomene werden von der Bernoulli-Gleichung be
schrieben:
Dabei kennzeichnet der Index 0 die Strömung vor der Drossel
stelle und der Index 1 die Strömung nach der Drosselstelle.
p bezeichnet den statischen Druck, ϕ/s v² den hydrodynamischen
Druck und ρgh die potentielle Energie. Die jeweils dritten
Terme auf den beiden Gleichungsseiten, die die potentielle
Energie des Gas/Flüssigkeitsgemischs bezeichnen, können in
der Regel vernachlässigt werden, da die Höhenänderungen h in
der Regel nur sehr klein oder 0 sind. Entscheidend bei der
Betrachtung sind der hydrodynamische und der statische Druck
vor und nach der Drosselstelle. Mit der sogenannten Konti
nuitätsgleichung kann nun eine Aussage über die Strömungs
geschwindigkeiten vor und nach der Drosselstelle getroffen
werden:
Dabei bezeichnen A die Strömungsquerschnitte vor und nach
der Drosselstelle und v die Strömungsgeschwindigkeiten vor
und nach der Drosselstelle. Da der Strömungsquerschnitt A₁
in der Drosselstelle im Vergleich zu dem Strömungsquer
schnitt A₀ vor der Drosselstelle klein bzw. sehr klein ist,
erfolgt eine große Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit in
der Drosselstelle. Damit ist über die Bernoulli-Gleichung
ein Anstieg des hydrodynamischen Drucks und ein gleichzeiti
ges Abfallen des statischen Drucks in der Drosselstelle ver
bunden. Mit dem hohen statischen Druckabfall in der Drossel
stelle wird die Gassättigungsgrenze des Gas/Flüssigkeits
gemisches unterschritten und es erfolgt eine teilweise
Gasentlösung.
Für die Bestimmung der Gassättigungsgrenze wird die Gasaus
scheidung meßtechnisch erfaßt. Dazu wird ein optoelektroni
scher Meßfühler verwendet, der die durch die Gasentlösung
veränderte Trübung des Zwei-Phasen-Gemischs erfaßt.
Mit dem optoelektronischen Meßfühler wird über einen Regler
ein Stellventil hinter der Drosselstelle und dem optoelek
tronischen Meßfühler angesteuert. Diese Regelstrecke bildet
das Kernstück des erfindungsgemäßen Meßverfahrens, mit dem
der Zusammenhang zwischen dem Sättigungsdruck und der Kon
zentration des gelösten Gases nach dem Henry-Dalton′schen
Gesetz hergestellt wird. Das Schließen des Stellventils
bewirkt, daß sich in der Regelstrecke ein Druck aufbaut. Der
Druckanstieg hat zur Folge, daß die Druckdifferenz an der
Drosselstelle und somit der hydrodynamische Druck abnimmt.
Damit findet ein geringeres Entlösen von Gas statt. Der
Regelkreis hat dabei die Aufgabe, den Bestandteil des unge
lösten Gases in der Regelstrecke möglichst klein und
konstant zu halten.
Der Bestandteil des ungelösten Gases, der als Regelgröße be
zeichnet werden kann, läßt sich durch einen Sollwert am
Regler vorgeben. Der Istwert wird ständig mit dem Sollwert
verglichen. Tritt eine Regelabweichung ein, so wird das
Stellglied, also das Stellventil, nachgeregelt. Dadurch
sinkt oder steigt der Druck in der Regelstrecke. Aufgrund
der geringen Gasentlösung kann der Druck in der Regelstrecke
als Sättigungsdruck bezeichnet werden. Dieser Druck wird
dabei über einen Drucksensor registriert. Der Zusammenhang
zwischen dem prozentualen Gasgehalt und dem absoluten Sät
tigungsdruck der Lösung sind aus der folgenden Gleichung
bekannt:
Hierbei bezeichnet cgas den prozentualen Gasgehalt, αV den
sogenannten Bunsenkoeffizienten, psätt den absoluten stati
schen Druck und po den statischen Druck bei Normalbedingun
gen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus,
daß nicht nur dispergiertes Gas und Gasblasen bei der Be
stimmung des Gasgehalts in der Flüssigkeit berücksichtigt
werden, sondern daß auch das gelöste Gas berücksichtigt
wird. Das Lösen von Gas in Flüssigkeiten erfolgt sehr lang
sam, das Entlösen von Gasen aus Flüssigkeiten hingegen
schnell. Das erfindungsgemäße Verfahren stützt sich auf den
meßtechnisch gut faßbaren Entlösungsvorgang. Somit bietet
das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr gute Möglichkeit,
den Gesamtgasgehalt eines Fluids meßbar zu machen. Ferner
sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine begleitenden
Messungen erforderlich und auch keine größeren sicherheits
technischen Vorkehrungen von Nöten.
In einer bevorzugten Ausführung wird vor der Drosselstelle
ebenfalls die Trübung des Gas/Flüssigkeitsgemischs mit einem
zweiten optoelektronischen Meßfühler gemessen, wobei diesem
Meßwert dem Regler als Sollwert zugeführt wird.
Dies hat den Vorteil, daß insbesondere bei Langzeitmessungen
an tribologischen Systemen, z. B. an in Schmiermittelkreis
läufen befindlichen Mineralölen, die dabei mit der Zeit
vermehrt auftretenden Abriebpartikel berücksichtigt werden
können. Diese Abriebpartikeln rufen eine mit der Zeit zuneh
mende Färbung (Schwärzung) des Gas/Flüssigkeitsgemischs
hervor, welche die Trübung beeinflußt. Ferner kann direkt
als Sollwert für die Regelstrecke der Trübungsgrad des
Gas/Flüssigkeitsgemischs vorgegeben werden, bei dem das Gas
vollständig gelöst ist.
Zweckmäßigerweise wird die Trübung durch den optischen
Transmissionsgrad des Gas/Flüssigkeitsgemischs von sicht
barem oder infrarotem Licht bestimmt, wobei als optoelek
tronische Meßfühler Lichtschranken verwendet werden, durch
die das Zwei-Phasen-Gemisch strömt. Aufgrund des bekannten
Brechungsgesetzes und der unterschiedlichen Brechungszahlen
von Flüssigkeiten und Gasen, wird der Lichtstrahl beim
Durchgang durch das Zwei-Phasen-Gemisch abgelenkt. Die
Streuung des Lichtstrahls wird dabei umso größer, je höher
der freie Luftblasengehalt bzw. der Gehalt an fein disper
gierten Luftblasen wird. Dieser Effekt ist in der Physik als
Tyndall-Effekt bekannt. Folglich sinkt bei steigendem Trü
bungsgrad die Lichtintensität, die von dem Empfänger auf der
gegenüberliegenden Seite empfangen wird, ab. Damit läßt sich
eine Abhängigkeit zwischen dem ausgeschiedenen Gas und der
empfangenen Lichtmenge herstellen.
Zweckmäßigerweise werden die von den Lichtschranken ermit
telten optischen Transmissionsgrade in elektrische Span
nungen umgeformt, die über eine Wheatstonesche Brückenschal
tung abgeglichen werden. Als Lichtschranken werden bevorzugt
Phototransistor/Photodioden-Paare verwendet.
In bevorzugter Ausführung wird als Regler ein sogenannter
PID-Regler verwendet. Ein solcher PID-Regler besteht aus
einem Proportionalverstärker mit einem parallel geschalteten
Integrator und einem parallel geschalteten Differentiator.
Solche PID-Regler sind in der Meß- und Regeltechnik seit
langem bekannt und in der Literatur (beispielsweise Tietze,
Schenk "Halbleiterschaltungstechnik", Springer-Verlag) ein
gehend beschrieben.
Typischerweise ist das Stellventil ein elektromagnetisch
betätigbares Proportionalventil.
In bevorzugter Ausführung wird das Gas/Flüssigkeitsgemisch
auf eine relativ hohe konstante Temperatur mittels eines
Wärmetauschers vor der Drosselstelle gebracht, um die Visko
sität des Gemischs zu erniedrigen und die Strömungsge
schwindigkeit zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführung kann hinter dem Stellventil ein
Vakuum eingebracht werden, um die Messung sehr geringer
Gasgehalte zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Ver
fahrens besteht aus einer Drosselstelle, einer Zuführlei
tung, durch welche die Flüssigkeit mit dem unter hohem Druck
vollständig darin gelösten Gas von einer Pumpe in die Dros
selstelle förderbar ist, einer sich an die Drosselstelle
anschließenden als Regelstrecke dienenden Stauleitung, einem
an der Stauleitung angebrachten optoelektronischen Meßfüh
ler, mit welchem die als Regelgröße dienende Trübung des
Gas/Flüssigkeitsgemischs meßbar ist, einem am Ende der Stau
leitung angeordneten Stellventil, dessen als Stellgröße
dienender Querschnitt über einen mit dem optoelektronischen
Meßfühler verbundenen Regler auf einen dem Regler vorgeb
baren Sollwert einstellbar ist, und einem an der Stauleitung
angebrachten Drucksensor, mit dem der in der Regelstrecke
herrschende Druck meßbar ist.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der
Zuführleitung ein zweiter optoelektronischer Meßfühler vor
gesehen sein, mit welchem die Trübung der Flüssigkeit mit
dem darin vollständig gelösten Gas meßbar ist, wobei dieser
Meßfühler mit dem Regler verbunden ist. Die gemessene Trü
bung dient dem Regler als Sollwert.
Vorzugsweise werden als optoelektronische Meßfühler Licht
schranken vorgesehen sein, die den optischen Transmissions
grad des Gas/Flüssigkeitsmischung messen. Die Lichtschranken
bestehen dabei zweckmäßigerweise aus Phototransistor/Photo
dioden-Paaren.
Die Phototransistor/Photodioden-Paare können dabei in die
Strömung des Gas/Flüssigkeitsgemischs eingebracht sein, das
heißt also direkt in der Zuführleitung bzw. in die Staulei
tung.
In einer anderen Ausführung weisen die Zuführleitung und die
Stauleitung lichtdurchlässige Bereiche auf, auf denen die
Phototransistor/Photodioden-Paare aufgebracht sind.
Vorzugsweise wird als Regler ein PID-Regler verwandt und als
Stellventil ein elektromagnetisch betätigbares Proportional
ventil.
In einer bevorzugten Ausführung befindet sich zwischen der
Förderpumpe und der Drosselstelle ein Wärmetauscher.
Als Drucksensor kann ein einfaches Manometer verwandt werden
oder es wird in die Stauleitung ein piezoelektrischer
Drucksensor eingebracht, der direkt mit einer Auswerteein
richtung verbunden ist, an der die gemessenen Druckwerte
direkt in den prozentualen Gasgehalt umgerechnet werden. Mit
dieser Auswerteeinheit können auch noch andere Parameter
ausgewertet bzw. korrigiert werden, die sich auf die
Gasausscheidungs- bzw. Gaslösungsgeschwindigkeit auswirken,
z. B. die Temperatur und die Viskosität der Flüssigkeit.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung bei
spielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzel
nen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Drauf
sicht auf die Vorrichtung.
Nach der Zeichnung besteht die Vorrichtung aus einer Dros
selstelle 1, in der Regel eine Düse, an der eine Zuführlei
tung 7 und eine Stauleitung 5 angebracht sind. Die Flüssig
keit wird über eine Pumpe 8 in die Zuführleitung 7 unter
hohem Druck gefördert. Zwischen der Pumpe 8 und der Zu
führleitung 7 befindet sich ein Wärmetauscher 10, in der die
Gas/Flüssigkeitsmischung auf eine konstante Temperatur ge
bracht wird, um insbesondere bei Ölen die Viskosität herab
zusetzen und eine höhere Strömungsgeschwindigkeit zu erzie
len.
An der Zuführleitung 7 befindet sich eine Lichtschranke 9,
die den optischen Transmissionsgrad der Flüssigkeit mit dem
darin vollständig gelösten Gas ermittelt. Die Lichtschranke
9 besteht im einzelnen aus einer Infrarot-Photodiode 14, die
als optischer Sender dient, und einem Phototransistor 15,
der als optischer Empfänger dient.
Die Zuführleitung 7 mündet in die Drosselstelle 1, in der
das Gas/Flüssigkeitsgemisch einen Abfall des statischen
Drucks erfährt. Durch diesen statischen Druckabfall werden
Teile des Gases wieder entlöst. Das Gas/Flüssigkeitsgemisch
strömt danach durch die Stauleitung 5, an der sich ebenfalls
eine Lichtschranke 2 befindet. Die Lichtschranke 2 ermittelt
den optischen Transmissionsgrad der Flüssigkeit mit dem
teilweise entlösten Gas. Die Lichtschranke 2 besteht dabei
wiederum aus einer als optischen Sender dienenden Infrarot-
Photodiode 12 und einem als optischen Empfänger dienenden
Phototransistor 13.
Am Ende der Stauleitung 5 befindet sich ein elektromagne
tisch betätigbares Proportionalventil 4. Die zwischen der
Drosselstelle 1 und dem elektromagnetisch betätigbaren Pro
portionalventil 4 befindliche Stauleitung 5 dient als Regel
strecke. Als Regelgröße dient die Trübung des Gas/Flüssig
keitsgemischs, welche von der Lichtschranke 2 ermittelt
wird, in der Stauleitung 5. Die Lichtschranke 2, die Licht
schranke 9 und das elektromagnetische Stellventil 4 sind mit
dem PID-Regler 3 verbunden. Die Lichtschranke 9 gibt dabei
dem PID-Regler 3 einen Sollwert vor, der von dem PID-Regler
3 mit der von der Lichtschranke 2 ermittelten Regelgröße
verglichen wird. Dementsprechend wird vom PID-Regler 3 der
als Stellgröße dienende Querschnitt des elektromagnetisch
betätigbaren Proportionalventils 4 so weit eingestellt, daß
genau der Sättigungsdruck der Gas/Flüssigkeitsmischung er
reicht wird.
An der Stauleitung 5 befindet sich ein Drucksensor 6, mit
dem der über den PID-Regler 3 eingestellte Sättigungsdruck
ermittelbar ist. Der Sättigungsdruck kann danach von einer
Auswerteeinrichtung (nicht gezeigt) oder durch einfaches
Umrechnen in den prozentualen Gasgehalt umgerechnet werden.
Die optischen Transmissionsgrade, die von den Lichtschranken
2 und 9 in Form von elektrischen Spannungen gemessen werden,
werden über eine Wheatstonesche Brücke 11 abgeglichen und
über einen Vorverstärker 16 an den PID-Regler 3 weiterge
geben. Die Wheatstonesche Brückenschaltung wird dabei mit
einer Brückenversorgungsspannung Ue versorgt. Das elektro
magnetische Stellventil 4 wird von dem PID-Regler 3 über
eine Steuerspannung US angesteuert.
Bezugszeichenliste
1 Drosselstelle
2 optoelektronischer Meßfühler
3 Regler
4 Stellventil
5 Stauleitung
6 Drucksensor
7 Zuführleitung
8 Pumpe
9 optoelektronischer Meßfühler
10 Wärmetauscher
11 Wheatstonesche Brücke
12 Photodiode
13 Phototransistor
14 Photodiode
15 Phototransistor
16 Vorverstärker
US Steuer U für Stellventil
Ue Brückenversorgungs U
2 optoelektronischer Meßfühler
3 Regler
4 Stellventil
5 Stauleitung
6 Drucksensor
7 Zuführleitung
8 Pumpe
9 optoelektronischer Meßfühler
10 Wärmetauscher
11 Wheatstonesche Brücke
12 Photodiode
13 Phototransistor
14 Photodiode
15 Phototransistor
16 Vorverstärker
US Steuer U für Stellventil
Ue Brückenversorgungs U
Claims (21)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Gasgehalts in
Flüssigkeiten, insbesondere in in Schmiermittelkreis
läufen befindlichen Mineralölen, dadurch gekennzeichnet,
daß die in der Flüssigkeit vorliegenden ungelösten Gasanteile durch Verdichten des Gas/Flüssigkeitsgemischs unter Hochdruck vollständig zur Lösung gebracht werden,
daß danach das Gas/Flüssigkeitsgemisch in eine Drossel stelle (1) eingebracht wird, wodurch das gelöste Gas durch das Abfallen des statischen Drucks in der Dros selstelle (1) teilweise zur Entlösung gebracht wird,
daß nach der Drosselstelle (1) die Trübung des Gas/Flüssigkeitsgemischs mit einem optoelektronischen Meßfühler (2) gemessen wird,
daß mit dem optoelektronischen Meßfühler (2) über einen Regler (3) ein Stellventil (4) hinter der Drosselstelle (1) und dem optoelektronischen Meßfühler (2) angesteu ert und soweit geschlossen bzw. geöffnet wird, daß die entlösten Gasanteile in der Drosselstelle (1) beim Eintritt in die Regelstrecke einem am Regler (3) vor gegebenen Sollwert entsprechen,
und daß danach der dem Sättigungsdruck des Gas/Flüs sigkeitsgemischs entsprechende Druck in der Regel strecke über einen Drucksensor (6) gemessen wird, wobei der gemessene Sättigungsdruck aufgrund bekannter physi kalischer Zusammenhänge in den Gasgehalt des Gas/Flüs sigkeitsgemischs umgesetzt wird.
daß die in der Flüssigkeit vorliegenden ungelösten Gasanteile durch Verdichten des Gas/Flüssigkeitsgemischs unter Hochdruck vollständig zur Lösung gebracht werden,
daß danach das Gas/Flüssigkeitsgemisch in eine Drossel stelle (1) eingebracht wird, wodurch das gelöste Gas durch das Abfallen des statischen Drucks in der Dros selstelle (1) teilweise zur Entlösung gebracht wird,
daß nach der Drosselstelle (1) die Trübung des Gas/Flüssigkeitsgemischs mit einem optoelektronischen Meßfühler (2) gemessen wird,
daß mit dem optoelektronischen Meßfühler (2) über einen Regler (3) ein Stellventil (4) hinter der Drosselstelle (1) und dem optoelektronischen Meßfühler (2) angesteu ert und soweit geschlossen bzw. geöffnet wird, daß die entlösten Gasanteile in der Drosselstelle (1) beim Eintritt in die Regelstrecke einem am Regler (3) vor gegebenen Sollwert entsprechen,
und daß danach der dem Sättigungsdruck des Gas/Flüs sigkeitsgemischs entsprechende Druck in der Regel strecke über einen Drucksensor (6) gemessen wird, wobei der gemessene Sättigungsdruck aufgrund bekannter physi kalischer Zusammenhänge in den Gasgehalt des Gas/Flüs sigkeitsgemischs umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß vor der Drosselstelle (1)
die Trübung des Gas/Flüssigkeitsgemischs mit einem
zweiten optoelektronischen Meßfühler (9) gemessen wird
und daß dieser Meßwert dem Regler (3) als Sollwert zu
geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Trübung durch den
optischen Transmissionsgrad von sichtbarem oder infra
rotem Licht bestimmt wird und daß als optoelektronische
Meßfühler (2, 9) Lichtschranken verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die optischen Trans
missionsgrade in elektrische Spannungen umgeformt wer
den, die über eine Wheatstonesche Brückenschaltung (11)
abgeglichen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, da
durch gekennzeichnet, daß als
Lichtschranken Phototransistor/Leuchtdioden-Paare ver
wendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß als Regler
(3) ein PID-Regler verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß als Stell
ventil (4) ein elektromagnetisch betätigbares Propor
tionalventil verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß das
Gas/Flüssigkeitsgemisch vor der Drosselstelle mittels
eines Wärmetauschers auf eine konstante Temperatur
gebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, daß zur
Messung sehr kleiner Gaskonzentrationen ein Vakuum nach
dem Stellventil (4) geschaltet wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, mit einer Drosselstelle (1), einer Zuführ
leitung (7), durch welche die Flüssigkeit mit dem unter
hohem Druck vollständig darin gelösten Gas von einer
Pumpe (8) in die Drosselstelle (1) förderbar ist, einer
sich an die Drosselstelle (1) anschließenden als Regel
strecke dienenden Stauleitung (5), einem an der Stau
leitung (5) angebrachten optoelektronischen Meßfühler
(2), mit welchem die als Regelgröße dienende Trübung
des Gas/Flüssigkeitsgemischs meßbar ist, einem am Ende
der Stauleitung (5) angeordneten Stellventil (4), des
sen als Stellgröße dienender Querschnitt über einen mit
dem optoelektronischen Meßfühler (2) verbundenen Regler
(5) auf einen dem Regler (5) vorgebbaren Sollwert ein
stellbar ist, und einem an der Stauleitung (5) ange
brachten Drucksensor (6), mit dem der in der Stau
leitung (5) herrschende Druck meßbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß an der Zuführleitung (7)
ein zweiter optoelektronischer Meßfühler (9) vorgesehen
ist, mit welchem die Trübung der Flüssigkeit mit dem
darin vollständig gelösten Gas meßbar ist, und daß
dieser Meßfühler (9) mit dem Regler (5) verbunden ist,
wobei die gemessene Trübung dem Regler (5) als Sollwert
dient.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß als optoelektronische Meß
fühler (2, 9) Lichtschranken vorgesehen sind, die den
optischen Transmissionsgrad der Gas/Flüssigkeits
mischung messen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lichtschranken aus
Phototransistor/Photodioden-Paaren bestehen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtschranken in die Strömung des Gas/Flüssigkeits
gemischs eingebracht sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuführleitung (7) und die Stauleitung (5) lichtdurch
lässige Bereiche aufweisen, auf denen die Lichtschran
ken aufgebracht sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß als
Stellventil (4) ein elektromagnetisch betätigbares
Proportionalventil vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß als Regler
(3) ein PID-Regler vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß die optoelektronischen
Meßfühler (2, 9) vor dem PID-Regler zu einer Wheat
stoneschen Brücke geschaltet sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß als
Drucksensor (6) ein Manometer vorgesehen ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß als
Drucksensor (6) ein piezoelektrischer Meßfühler vor
gesehen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, da
durch gekennzeichnet, daß zwischen
der Pumpe (8) und der Drosselstelle (1) ein Wärmetau
scher (10) angeordnet ist.
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