DE68913504T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des in eine Flüssigkeitsströmung eingebrachten Gasblasengehalts. - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Messung des in eine Flüssigkeitsströmung eingebrachten Gasblasengehalts.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode und ein Gerät zum Messen des Gehalts von in einer strömenden Flüssigkeit mitgeführten Gasbläschen.
- In industriellen Anwendungen, die die Aufbereitung von Flüssigkeiten wie oberflächenaktive Lösungen, Rohmaterial- Reaktionsmittel, Schmiermittel oder Polymerlösungen rflit einschließen, werden oft durch Bewegung, Rühren oder ähnliches Luft oder Gasbläschen in der Flüssigkeit mitgerissen. Ein solches Mitreißen von Gasbläschen kann zu Schwierigkeiten führen wie ungenaue Flüssigkeitsdurchsatz- Messungen, Ungleichförmigkeit von Produkten und die Erzeugung von Lärm. Auch kann bei Schmiermitteln wie Hydraulikölen, Maschinenölen, Turbinenölen und ähnlichen eine Verringerung des hydraulischen Wirkungsgrades und ein ungewöhnlich hoher Verschleiß der zu schmierenden Teile auftreten.
- Das herkömmliche Vorgehen zum Bestimmen des Gehalts der in solch einer Flüssigkeit mitgeführten Gasbläschen umfaßt die Entnahme einer Probe von bestimmtem Volumen aus dem Flüssigkeitsstrom und deren anschließendes Wägen oder Unterwerfen der Probe einer Gas-Chromatographie. Solche Methoden sind jedoch unvorteilhaft, da sie Zeit beanspruchen. Sie sind zudem im allgemeinen ungenau durch die Möglichkeit des Entweichens von Gas aus dem die Probe enthaltenden Behälter. Somit ist eine Methode zum Messen des Gasbläschengehalts einer strömenden Flüssigkeit - ohne vorhergehende Entnahme einer Probe - schon lange erwünscht gewesen.
- Ein erster Stand der Technik von Interesse ist die DE-A-3 210 591, die ein Gerät zum kontinuierlichen Messen des Gasbläschengehalts in Hydraulikflüssigkeiten offenbart. Das Gerät enthält einen Ultraschallwandler kombiniert mit einem Display und mehreren Reflektoren. Diese Reflektoren sind in einem Rohr angeordnet, das die Flüssigkeit enthält. Das Messen des Gasbläschengehalts basiert auf der Messung der Verzögerungszeit und der Größe der Ultraschallwellen.
- Ein weiterer, interssierender Stand der Technik ist die US-A- 4 763 525, die eine Methode und ein Gerät zum Messen der Menge von Bläschen in einem Gas/Flüssigkeits-Gemisch offenbart. Eine Ultraschallwelle wird in das Gemisch eingeleitet und es werden die Größen von zwei reflektierten Wellen gemessen und verglichen. Der Logarithmus der Größen der reflektierten Wellen ist ein Maß für die Höhe des Gasgehalts. Es wird behauptet, daß die Methode und das Gerägeeignet sind zur dauernden Meßwiederholung des Gasbläschengehalts in einem Gemisch, das turbulent durch eine Leitung fließt.
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine verbesserte inline (innerhalb des Rohres) Meßmethode und ein Gerät zum Messen des in einer strömenden Flüssigkeit mitgeführten Gasbläschengehalts vorzusehen.
- In Übereinstimmung mit den obengenannten und anderen Zielen sieht die Erfindung eine Methode und ein Gerät vor zum Messen des in einer strömenden Flüssigkeit mitgeführten Gasbläschengehalts, die durch Erfassen der Durchschnittsdichte der strömenden Flüssigkeit, die sowohl die Flüssigkeit selbst als auch die Gasbläschen, die in der Flüssigkeit mitgeführt werden, enthält, arbeiten.
- Das erfindungsgemäße Gerät weist die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
- Die erfindungsgemäße Methode weist die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 3 auf.
- Das Gerät zum Messen des Gasbläschengehalts in einer strömenden Flüssigkeir umfaßt ein Gehäuse, das enthält:
- - einen Dichtesensor zum Bestimmen der mittleren Dichte der strömenden Flüssigkeit und einen Dichtesignal-Verstärker;
- - ein erstes Rohr, das mit dem Eingang des Dichtesensors verbunden ist;
- - en zweites Rohr, das mit dem Ausgang des Dichtesensors verbunden ist;
- - einen Temperatursensor, der an dem ersten Rohr nahe des Eingangs des Dichtesensors angeordnet ist und einen Temperaturslgnal-Verstärker;
- - einen ersten und einen zweiten Drucksensor, die jeweils an den Rohren, nahe dem Eingang und dem Ausgang des Dichtesensors angeordnet sind und Drucksignal-Verstärker;
- - Mittel zum Liefern der physikalischen Grundwerte des betreffenden Gases und der Flüssigkeit;
- - ein Datenverarbeitungsgerät, das Ausgaben des Dichtesignal- Verstärkers und des Temperatursignal-Verstärkers, des ersten und zweiten Drucksignal-Verstärkers und die vorbestimmten physikalischen Grundwerte zum Berechnen eines Gasbläschengehalts der strömenden Flüssigkeit in Übereinstimmung mit den Ausgaben des Dichtesensors, des Temperatursensor, des ersten und zweiten Drucksensor und der physikalischen Grundwerte des betreffenden Gases und der Flüssigkeit selbst, empfängt;
- - wobei das Gehäuse Mittel zum Verbinden der Rohre mit weiteren Rohren außerhalb des Gehäuses zum Befördern der strömenden Flüssigkeit zu und von dem Dichtesensor, besitzt
- - und den Gasbläschengehalt in Abhängigkeit von den empfangenen Informationen berechnet.
- Erfindungsgemäß wird der Gasbläschengehalt unter Verwendung folgender Formel berechnet:
- in der:
- X&sub0;: der Gasbläschengehalt in Volumenprozenten in der zu messenden Flüssigkeit bei t&sub0; ºC und P&sub0; kg/cm²
- l: die Dichte der gasfreien Flüssigkeit in g/cm³ bei t ºC und P kg/cm²
- a: die Gasdichte in g/cm³ bei t ºC und P kg/cm²
- m: die mittlere Dichte der Flüssigkeit in g/cm³ bei t ºC und P kg/cm
- t&sub0;: Normtemperatur in ºC
- t : Flüssigkeitstemperatur in ºC
- P&sub0;: Normdruck in kg/cm²
- P : mittlerer Druck der Flüssigkeit im Dichtesensor, ausgedrückt durch P = (P&sub1; + P&sub2;)/2 (kg/cm²), worin P&sub1; und P&sub2; der jeweilige Druck am Eingang und am Ausgang des Dichtesensors ist
- VCF(t&sub0;): Volumenkorrekturfaktor der gasfreien Flüssigkeit bei einer Temperatur von t&sub0; ºC
- worin l,&sup0; und l,¹&sup5; jeweils die Dichte der gasfreien Flüssigkeit bei Temperaturen von 15ºC und t&sub0; ºC sind.
- VCF(t) : Volumenkorrekturfaktor der gasfreien Flüssigkeit bei einer Temperatur von t ºC
- worin l und l,¹&sup5; die Dichte der gasfreien Flüssigkeit bei einer Temperatur vom 15ºC bzw. t ºC sind.
- Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten Gerätes zur Messen des in einer strömenden Flüssigkeit mitgeführten Gasbläschengehalts.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird detailliert unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben, die eine schematische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Gerät zum Messen des in einer strömenden Flüssigkeit mitgeführten Gasbläschengehalts zeigt. In diesem Beispiel wird angenommen, daß die Flüssigkeit, deren Gasbläschengehalt gemessen wird, ein Öl ist.
- In diesem Gerät sind ein Einlaßrohr 1 und ein Auslaßrohr 2 über jeweilige Innenrohre 3 und 4 an dem Eingang und Ausgang eines Dichtesensors 5 angeschlossen. Die Verbindungen 16 schließen das Einlaßrohr 1 und das Auslaßrohr 2 an die jeweiligen Innenrohre 3 und 4 an. Ein Temperatursensor 6 ist an der Einlaßseite des Innenrohres 3 angeordnet zum Erfassen der Temperatur der strömenden Flüssigkeit. Zwei Drucksensoren 7 sind jeweils an einem der Innenrohre 3 und 4 angeordnet gleich vor und nach dem Dichtesensor 5 zum Bestimmen des Druckes der strömenden Flüssigkeit am Eingang bzw. am Ausgang des Dichtesensors 5. Ein Dichtesignal-Verstärker 11 empfängt das Ausgangssignal von dem Dichtesensor 5 und ein Temperatursignal-Verstärker 8 empfängt das Ausgabesignal von dem Temperatursensor 6, während Drucksignal-Verstärker 9 die Ausgabesignale von den zwei Drucksensoen 7 empfangen.
- Ein Datenverarbeitungsgerät 10 empfängt die Ausgaben von dem Dichtesignal-Verstärker 11, dem Temperatursignal-Verstärker 8 und den Drucksignal-Verstärkern 9. Das Datenverarbeitungsgerät 10 ist zudem mit einer Schalttafel 12 verbunden, die Quellenschalter, Funktionstasten oder ähnliches zum Einspeisen physikalische Grundwerte des betreffenden Gases und der Flüssigkeit enthält. Wenn erwünscht, kann die Schalttafel 12 zur Abgabe von konstanten Daten für den Dichtesensor 5 verwendet werden. Die Schalttafel 12 ist mit einer Anzeigetafel 13 verbunden zum Anzeigen der Berechnungsergebnisse, insbesondere des Bläschengehalts des Gases, ausgedrückt in Volumenprozenten, der Dichte der Flüssigkeit, der Temperatur und des Flüssigkeitsdruckes und anderer gewünschter Parameter.
- Ein Ventil 14 ist an dem Auslaßrohr 2 angeordnet, um die Durchflußleistung und den Druck der Fltissigkeit einzustellen. Die obenbeschriebenen Bestandteile, ausgenommen das Einlaßrohr 1, Auslaßrohr 2, Verbindungen 16 und Ventil 14, sind in einem Gehäuse 15 installiert.
- Die Flüssigkeit, deren Gasbläschengehalt gemessen werden soll, fließt durch das Einlaßrohr 1 ein und dann über das Innenrohr 3 zu dem Dichtesensor. Die Flüssigkeit verläßt den Dichtesensor 5 und fließt durch das Innenrohr 4, das Auslaßrohr 2 und das Ventil 14 aus.
- Erfindungsgemäß wird der Gasbläschengebalt des Gases durch das Datenverarbeitungsgerät 10 berechnet, das die vorhergehend beschriebene Formel verwendet.
Claims (3)
1. Gerät zum Messen des Gasbläschengehalts in einer
strömenden Flüssigkeit, umfassend:
- ein Gehäuse (15), enthaltend:
- einen Dichtesensor (5) zum Bestimmen der mittleren
Dichte der strömenden Flüssigkeit und einen
Dichtesignalverstärker (11);
- ein erstes Rohr (3), das am Eingang des
Dichtesensors (5) angeschlossen ist;
- ein zweites Rohr (4), angeschlossen an dem Ausgang
des Dichtesensors (5);
- einen Temperatursensor (6), angeordnet an dem ersten
Rohr (3) nahe des Eingangs des Dichtesensors (5) und
einen Temperatursignal-Verstärker (8);
- erste und zweite Drucksensoren (7, 7) jeweils
angeordnet an den Rohren (3, 4) nahe dem Eingang und
Ausgang des Dichtesenors (5) und Drucksignal
Verstärker (9);
- Mittel (12) zum Einspeisen von physikslischen Grundwerten
des betreffenden Gases und der Flüssigkeit;
- ein Datenverarbeitungsgerät (10), das Ausgabesignale des
Dichtesignal-Verstärkers (11), des Temperatursignal-
Verstärkers (8), des ersten und des zweLten Drucksignal-
Verstärkers (9, 9) und der vorbestimmten physikalischen
Grundwerte empfängt, zum Berechnen eines Gasbläschengehalts
der strömenden Flüssigkeit in Übereinstimmung mit den
Ausgaben des Dichtesensors (5), des Temperatursensors (6),
des ersten und des zweiten Drucksensors (7, 7) und der
physikalischen Grundwerte des betreffenden Gases und der
Flüssigkeit;
- wobei das Gehäuse (15) Mittel (16) enthält zum Verbinden
der Rohre (3, 4) mit weiteren Rohren (1, 2) außerhalb des
Gehäuses (15) zum Fördern der strömenden Flüssigkeit zu und
von dem Dichtesensor (5)
2. Gerät nach Anspruch 1, worin das Datenverarbeitungsgerät
den Gasbläschengehalt der strömenden Flüssigkeit in
Übereinstimmung mit der folgenden Formel berechnet:
in der:
X&sub0;: der Gasbläschengehalt in Volumenprozenten in der zu
messenden Flüssigkeit bei t&sub0; ºC und P&sub0; kg/cm²
l: die Dichte der gasfreien Flüssigkeit in g/cm³ bei t ºC
und P kg/cm²
a: die Gasdichte in g/cm³ bei t ºC und P kg/cm²
m: die mittlere Dichte der Flüssigkeit in g/cm³ bei t ºC
und P kg/cm²
t&sub0;: Normtemperatur in ºC
t : Flüssigkeitstemperatur in ºC
P&sub0;: Normdruck in kg/cm²
P : mittlerer Druck der Flüssigkeit im Dichtesensor,
ausgedrückt durch P = (P&sub1; + P&sub2;)/2 (kg/cm²), worin P&sub1; und
P&sub2; der jeweilige Druck am Eingang und am Ausgang des
Dichtesensors ist
VCF(t&sub0;): Volumenkorrekturfaktor der gasfreien Flüssigkeit
bei einer Temperatur von t&sub0; ºC
VCF(t&sub0;) = l&sub0;/ l&sub1;&sub5;
worin l&sub0; und l,&sub1;&sub5; jeweils die Dichte der gasfreien
Flüssigkeit bei Temperaturen von 15ºC und t ºC sind.
VCF(t): Volumenkorrekturfaktor den gasfreien Flüssigkeit
bei einer Temperatur von t ºC
VCF(t ) = l/ l,&sub1;&sub5;
worin l und l,&sub1;&sub5; die Dichte der gasfreien Flüssigkeit
bei einer Temperatur vom 15ºC bzw. t ºC sind.
3. Methode zum Bestimmen des Gasbläschengehalts einer
strömenden Flüssigkeit, die folgende Schritte umfaßt:
- Abtasten der Dichte der strömenden Flüssigkeit an einem
Dichtesensor;
- Abtasten der Temperatur der strömenden Flüssigkeit am
Eingang des Dichtesensors;
- Abtasten des Druckes der strömenden Flüssigkeit am Eingang
und am Ausgang des Dichtesensors;
- Verstärken der Abtastungen und deren Eingabe zusammen mit
physikalischen Grundwerte des betreffenden Gases und der
Flüssigkeit in ein Datenverarbeitungsgerät; und
- Verwenden des Datenverarbeitungsgerätes zum Berechnen des
Gasbläschengehalts der strömenden Flüssigkeit aus den
verstärkten Abtastungen und den physikalischen Grundwerte, in
Übereinstimmung mit der Formel:
in der:
X&sub0;: der Gasbläschengehalt in Volumenprozenten in der zu
messenden Flüssigkeit bei t&sub0; ºC und P&sub0; kg/cm²
pl: die Dichte der gasfreien Flüssigkeit in g/cm³ bei t ºC
und P kg/cm²
a: die Gasdichte in g/cm³ bei t ºC und P kg/cm²
m: die mittlere Dichte der Flüssigkeit in g/cm³ bei t ºC
und P kg/cm²
t&sub0;: Normtemperatur in ºC
t : Flüssigkeitstemperatur in ºC
P&sub0;: Normdruck in kg/cm²
P : mittlerer Druck der Flüssigkeit im Dichtesensor,
ausgedrückt durch P = (P&sub1; + P&sub2;)/2 (kg/cm²), worin P&sub1; und
P&sub2; der fewellige Druck am Eingang und am Ausgang des
Dichtesensors ist
VCF(t&sub0;): Volumenkorrekturfaktor der gasfreien Flüssigkeit
bei einer Temperatur von t&sub0; ºC
VCF(t&sub0;) = l,&sub0;/ l,&sub1;&sub5;
worin pl,&sub0; und l,&sub1;&sub5; jeweils die Dichte der gasfreien
Flüssigkeit bei Temperaturen von 15ºC und t&sub0; ºC sind.
VCF(t): Volumenkorrekturfaktor der gasfreien Flüssigkeit
bei einer Temperatur von t ºC
VCF(t ) = l/ l,&sub1;&sub5;
worin l und l,&sub1;&sub5; die Dichte der gasfreien Flüssigkeit
bei einer Temperatur vom 15ºC bzw. t ºC sind.
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