DE4400385C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen des Gasgehaltes in Flüssigkeiten, insbesondere in in Schmiermittelkreisläufen befindlichen Mineralölen - Google Patents

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 Flüs­ sigkeiten bzw. in Fluiden vorhandenes Gas kann in gelöster und ungelöster Form vorliegen, wobei man den ungelösten Gasantei­ len zwischen makroskopischen Gasblasen und mikroskopische fein verteilten (dispergierten) Gasbläschen unterscheidet. Durch Lösungs- und Entlösungsvorgänge können Komponenten in tribio­ logischen Systemen beschädigt werden bzw. ausfallen. Die Be­ stimmung des Gesamtgasgehaltes z. B. in Hydrauliksystemen bzw. in in Schmiermittelkreisläufen befindlichen Mineralölen ist bei der Optimierung und beim Einsatz solcher Systeme dringend erforderlich.

Aus der DE 44 33 017 C2 sind ein Meßverfahren und eine hier­ nach arbeitende Vorrichtung zum Messen von Gasgehalten in Flüssigkeiten bekannt, wobei ein Meßzylinder konstanten Volu­ mens vorgesehen ist, der in einem Bypass zum Strömungskreislauf der unter Druck stehenden Flüssigkeit ein- und ausgeschaltet werden kann und dessen Volumen um einen definierbaren Betrag vergrößert wird nach Ausschalten aus dem Bypass. Zu diesem Verfahren wird der Druck der im Meßzylinder eingeschlossenen Flüssigkeit vor und nach der Volumenvergrößerung gemessen. Durchgeführt wird dieses Verfahren durch eine Vorrichtung mit einem Meßzylinder, der über Leitungen und Absperrventile in einem Bypass zum Strömungskreislauf der unter Druck stehenden Flüssigkeit eingeschaltet und durchströmt ist und über die Ab­ sperrventile vom Strömungskreislauf für kurze Zeit abtrennbar ist und hierbei über ein Ventil um ein genau bestimmbares Zusatzvolumen vergrößerbar ist, bei welchem in dem Meßzylinder ein Druckmeßelement zum Messen des Flüssigkeitsdruckes an­ geordnet ist. Bei diesem Verfahren kann nur eine augenblick­ liche Bestimmung des Gasgehaltes erfolgen. Dieses diskontinu­ ierliche Meßverfahren wird demzufolge in der Regel nur bei stationären Gas-/Flüssigkeitsmischungszuständen, 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 weiteren bekannten Verfahren wird die Flüssigkeit, bei tribologischen Systemen in der Regel ein mit Luft oder Verbrennungsgasen versetztes Mineralöl, durch ein U-Profil geleitet und die Masse des Gas-/Flüssigkeitsgemisches durch Wägen bestimmt. Der Anteil des ungelösten Gases verringert aufgrund seiner geringen Dichte die Dichte des Gas-/Flüssig­ keitsgemischs. Da das Volumen im U-Rohr konstant ist, kann die Masse als Maß herangezogen werden. Die Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens ist als sogenannte Durchflußwaage bekannt. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß keine quantitative Aussage über den Anteil des gelösten Gases möglich ist. Ferner verursacht die Temperaturabhängig­ keit des Gasvolumens erhebliche Meßfehler.

Ferner ist ein kontinuierliches Meßverfahren bekannt, bei dem mit Hilfe einer Glasfasersonde in dem Gas-/Flüssigkeitsgemisch die Reflexion zuvor eingekoppelten sichtbaren Lichts an Gas­ blasen 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. Desweiteren ist eine be­ gleitende Druck- und Temperaturmessung erforderlich, um Aus­ sagen über die Gasmengen zu treffen. Auch ist die Unterschei­ dung 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 in der Flüssigkeit vorliegende ungelöste Gasanteile unter Hochdruck voll­ ständig zur Lösung gebracht werden, daß danach die Flüs­ sigkeit über eine Drosselstelle geführt wird, an der 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 der Flüssigkeit 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 V_gas das Gasvolumen unter Normalbedingungen V_fluid 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 α_v 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, 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:

A₀ · v₀ = A₁ · v₁

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 c_gas den prozentualen Gasgehalt, α_V den sogenannten Bunsenkoeffizienten, p_sätt den absoluten stati­ schen Druck und p₀ 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 dieser 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 Infra­ rot-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 U_e versorgt. Das elektro­ magnetische Stellventil 4 wird von dem PID-Regler 3 über eine Steuerspannung U_S 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
U_S Steuer U für Stellventil
U_e Brückenversorgungs U

Claims (21)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Gasgehalts in Flüssigkeiten, insbesondere in in Schmiermittelkreis­ läufen befindlichen Mineralölen, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Flüssigkeit vorliegende ungelöste Gasanteile unter Hochdruck vollständig zur Lösung gebracht werden,
daß danach die Flüssigkeit über eine Drosselstelle (1) geführt wird, an der 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 der Flüssigkeit 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.