DE69004388T2

DE69004388T2 - Vorrichtung zur in situ-messung des pegels und der dichte einer flüssigkeit.

Info

Publication number: DE69004388T2
Application number: DE90906242T
Authority: DE
Inventors: Michele Neuilly; Michel Orloff; Roger Platzer
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2010-03-30
Also published as: DE69004388D1; JP2789058B2; WO1990012307A1; FR2645273A1; EP0417259A1; JPH03505632A; EP0417259B1

Description

Die Erfindung betrifft die Messung der volumenbezogenen Masse oder Dichte einer Flüssigkeit, die enthalten ist in einem Speicher oder einem Behälter und insbesondere, wenn es sich um agressive, nukleare oder gefährliche Flüssigkeiten handelt.
Das Messen solcher Flüssigkeiten erlaubt nicht, das Probenentnahmeverfahren anzuwenden, das immer diversen Fehlerquellen unterliegt, vor allem die Temperatur, das Volumen, das Gewicht betreffend. Es ist üblich, Drucksonden zu verwenden, zusammen mit elektronischen Erfassungseinrichtungen, um diese Messung durchzuführen. Man nutzt also die Differenz der hydrostatischen Drücke, die bestehen zwischen zwei Pegeln der zu messenden Flüssigkeit.
Die Durchführung eines solchen Verfahrens erfolgt mit feststehenden vertikalen Blasenbildungsrohren (genannt "cannes de bullage").
Mit Blasenbildung bezeichnet man die gesteuerte Bildung von wenigstens einer Blase am unteren Ende eines eingetauchten Rohrs.
Um die Messung durchzuführen, werden diese vertikalen Rohre in die Flüssigkeit getaucht und so positioniert, daß man den Abstand kennt zwischen den beiden unteren Enden der beiden Rohre. Es ist auch vorteilhaft, die entsprechenden Temperaturen der Flüssigkeit auf diesen beiden unterschiedlichen Niveaus zu kennen. Das Meßverfahren ist das folgende: die beiden Rohre werden vertikal in die zu messende Flüssigkeit getaucht und vertikal festgesetzt. Es ist wichtig, daß ihre eingetauchten Enden gleich sind, ebenso in der Art des Materials, wie in der Geometrie (Innen- oder Außendurchmesser, Form der Lippen). Gas wird eingeblasen in jedes der Rohre bis zum Erscheinen der Trennungsfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit, genannt Gas- Flüssigkeit-Meniskus, am Ende jedes Rohrs. Das Erscheinen dieses Meniskus am Ende jedes Rohrs setzt sich fort durch das Auftreten einer Blase. Die Druckmessung wird durchgeführt in einem bestimmten Moment der Bildung jeder Blase.
Die Berechnung der volumenbezogenen Masse der Flüssigkeit basiert auf der Formel (I), die den hydrostatischen Druck in einer Flüssigkeit wiedergibt in Abhängigkeit von der Höhe H der Flüssigkeit, ihrer volumensbezogenen Masse und der Beschleunigung g der Schwerkraft des Orts, wo die Messungen durchgeführt werden.

Formel (I)

P = H. p.g
Man erinnt sich, daß man, um die Dichte d der Flüssigkeit zu erhalten, das Verhältnis p/p&sub0; der volumenbezogenen Masse O der Flüssigkeit zur volumenbezogenen Masse des Wasser p&sub0; herstellen muß, indem man die Temperatur angibt, bei der jede dieser volumenbezogenen Massen gemessen wird.
Wenn HA und HB jeweils die vertikalen Abstände zwischen den jeweiligen Enden der beiden Rohre und der freien Oberfläche der Flüssigkeit, wenn PA und PB die in diesen beiden Flüssigkeiten herrschenden Drücke in Höhe der beiden Eintauchtiefen HA und HB sind, dann nimmt die Formel (I), angewandt an den Enden der Rohre, die beiden folgenden Ausdrücke an:

Formel (II):

PA = HA. p.g

Formel (III):

PB = HB. p.g
Wenn man die Drücke PA und PB mittels der Blasenbildungstechnik mit Hilfe dieser beiden Rohre mißt, empfiehlt es sich einerseits, der volumenbezogenen Masse des Gases Rechnung zu tragen, denn theoretisch:

Formel (IV):

pgemessen = p - pGas
und andererseits, da ein kleiner Druckunterschied dP herrscht zwischen den beiden Seiten des Meniskus, auf Grund der Oberflächenspannungskräfte der Flüssigkeit und der kleinen Höhendifferenz dH auf Blasenebene. Die Therorie zeigt und die Erfahrung bestätigt, daß dP unabhängig ist von P. Anders ausgedrückt, dP hat für unterschiedliche Eintauchtiefen A und B denselben Wert. Folglich ist dPA gleich dPB, und ihr Wert annuliert sich somit durch Subtraktion (unter der Voraussetzung, daß die Enden der Rohre identisch sind).
Wenn man die beiden Formeln (II) und (III) durch Subtraktion kombiniert, erhält man die folgende Formel (V)

Formel (V):

PA - PB = (HA - HB) (p - pGas)
In einer anderen Form wird diese Formel:

Formel (VI):

p = [(PA - PB)/(HA - HB)g] + pGas
Indem man die volumenbezogene Masse pGas des Gases kennt, durch die Messung der beiden Drücke PA und PB, und durch die Konstruktion des Meßapparats ΔH = HA - HB, was der Abstand zwischen den beiden Enden der Blasenbildungsrohre ist, und imdem man g kennt, leitet man die volumenbezogene Masse p der zu messenden Flüssigkeit ab. Wenn das konstruktionsbedinget ΔH nicht oder nicht ausreichend genau bekannt ist, kann man es vorteilhafterweise erhalten durch Eichung mit einer Flüssigkeit von bekannter volumenbezogener Masse, wobei sehr reines Wasser von bekannter Temperatur die bevorzugte Flüssigkeit ist.
Indem man das Einblasen des Gases verlängert, bildet sich eine Blase am Ende jedes Rohrs. Sie vergroßert ihr Volumen und löst sich dann vom Ende des Rohrs. Der Begann der Volumenszunahme dieser Blase kann nur stattfinden bei einer stärkeren Druckzunahme des Gases. Anschließend durchläuft der Druck ein Maximum während der Volumenszunahme der Blase, die sich hauptsächlich seitlich verformt und schließlich vom Rohr löst. Es ist anzumerken, daß dieses Phänomen der Blasenbildung am Ende eines Rohrs, sowie der Maximaldruck zur Bildung dieser Blase unabhängig sind von der Eintauchtiefe des Rohrs und nur vom Durchmesser dieses Rohrs und der Art der Flüssigkeit abhängen.
Dieses Verfahren und diese Vorrichtung weisen mehrere, nachfolgend aufgeführte Nachteile auf.
Da die Blasenbildung von einem Rohr zum anderen nicht synchron ist, können die Messungen nur simultan erfolgen bei Verwendung von zwei verschiedenen Manometern.
Die geometrische Struktur der Vorrichtung muß steif sein, damit die relative Positionierung der beiden Rohre feststeht. Sie müssen nämlich vollkommen vertikal sein. Die vorhergehenden Formeln sind nur anwendbar, wenn ausschließlich Kräfte zur Anwendung kommen, deren Ursprung die Schwerkraft ist. Folglich können die Messungen nur in einer vollkommen ruhigen Flüssigkeit durchgeführt werden.
Je nach gemessenener Flüssigkeit können können sich an den Enden jedes Rohrs Niederschläge, Verkrustungen oder diverse Kristallisationen von Material bilden, die den Durchmesser des Endes verändern; es ist im allgemeinen sehr schwierig, die Enden der Rohre zu reinigen, wenn diese letzteren nicht demontierbar sind. Die Korrosion kann ebenfalls die Geometrie der Rohre beeinflussen, insbesondere über die Länge, was eine neue Eichung vor jeder Messung erforderlich macht, um keine falschen Resultate zu erhalten.
Die Anwendung dieser Vorrichtung bringt es mit sich, daß diese im allgemeinen fest positioniert sind. Dies hat zur Folge, daß es unabdingbar ist, über eine große Anzahl Rohre zu verfügen.
Der Zweck der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen, indem ein System zur Messung der volumenbezogenen Masse durch Blasenbildung vorgeschlagen wird, das eine unterschiedliche Konzeption aufweist und mobil sein kann.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung eine Meßvorrichtung der volumenbezogenen Masse und des Niveaus bzw. Pegels in einem beliebigen Punkt einer Flüssigkeit mittels Druckdifferentialmessung des Typs Blasenbildung ("bullage") von wenigsten zwei Rohren auf wenigstens zwei verschiedenen Niveaus der Flüssigkeit, deren gegenseitige Lage bekannt ist, umfassend:
- ein erstes Blasenbildungsrohr, das ein erstes, oberes Ende besitzt und eine zweites, unteres Ende, abgeschlossen durch erste Blasenbildungslippen, angeordnet in der ersten Meßebene;
- ein zweites Blasenbildungsrohr, das ein erstes, oberes Ende besitzt und ein zweites, unteres Ende, abschließend durch zweite Blasenbildungslippen, angeordnet in der zweiten Meßebene;
- eine gesteuerte und modulierte Druckgasquelle, auf dichte Weise verbunden mit den beiden ersten, oberen Enden der beiden Blasenbildungsrohre und versehen mit Druckdetektor-Einrichtungen, um die beiden jeweiligen Blasenbildungs-Maximaldrücke in den beiden Meßebenen zu messen; und
- Einrichtungen zur Berechnung der volumenbezogenen Masse der Flüssigkeit auf Grund der beiden gemessenen Blasenbildungs- Maximaldrücke.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so angeordnet, daß die zweiten, unteren Enden des ersten und des zweiten Blasenbildungsrohrs verbunden sind über ein Entnahmerohr, das eine einzige Flüssigkeitsentnahmeöffnung enthält, damit die für die beiden Messungen auf zwei Meßebenen verwendete Flüssigkeit die gleiche ist, so daß die beiden Messungen unter gleichartigen Bedingungen durchgeführt werden und ohne die Störungen, die durch eventuelle Stauungen der Flüssigkeit entstehen könnten.
Bei einer ersten Ausführung der erfindunggemäßen Vorrichtung wird das zweite Blasenbildungsrohr unter dem ersten Blasenbildungsrohr angeordnet und bildet das Entnahmerohr, wobei das zweite, untere Ende des ersten Blasenbildungsrohrs auf dichte Weise verbunden ist mit dem ersten, oberen Ende des zweiten Blasenbildungsrohrs, um das Druckgas eindringen zu lassen in das zweite Blasenbildungsrohr, nachdem die Blasenbildung des ersten Rohrs stattgefunden hat.
Die erfindungsgemäße Vorrichung präsentiert sich also in Form eines einzigen Rohrs, das in der Flüssigkeit beweglich sein kann und dessen Struktur steif ist. Es ermöglicht auch, mit nur einer einzigen Druckquelle verbunden zu sein und nur ein einziges Meßinstrument zu verwenden.
Bei einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die beiden Blasenbildungsrohre parallel sind aber von unterschiedlicher Länge, wird das Entnahmerohr gebildet durch zwei Anschlüsse, jeder befestigt am unteren Ende von einem der beiden Blasenbildungsrohre, die sich vereinigen, um ein gemeinsames Rohr zu bilden, das in der Entnahmeöffnung endet. Diese Version ermöglicht einen Zeitgewinn, das die Blasenbildungen sich gleichzeitig ereignen können, was Niveau- oder Umgebungsdruckfehler zwischen den beiden Niveaus verhindert und den Einfluß der Zeit auf die Meßparameter im allgemeinen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsweise enthält die Vorrichtung ein drittes Blasenbildungsrohr, auf dichte Weise angeschlossen, angeordnet unter dem zweiten Blasenbildungsrohr oder unter dem Entnahmerohr, das ein zweites, unteres Ende aufweist, das durch dritte Blasenbildungslippen endet, die in einer dritten festgelegten Meßebene enden, höhenmäßig feststehend bezüglich der beiden ersten Meßebenen. In diesem Fall können die Blasenbildungs-Detektoreinrichtungen den Blasenbildungsdruck in der dritten Ebene der dritten Blasenbildungslippen feststellen. Man sieht in diesem Fall Recheneinrichtungen der Höhe der dritten Ebene vor, bezogen auf die freie Oberfläche der Flüssigkeit, ausgehend von der Messung des dritten festgestellten Blasenbildungsdrucks der dritten Blasenbildungslippen, nach der Berechnung der volumenbezogenen Masse, um die volumenbezogene Masse des Gases zu berechnen und den von der volumenbezogenen Masse der Flüssigkeit erhaltenen Wert zu korrigieren.
Ebenfalls vorgesehen sind Temperaturmeßeinrichtungen im unteren Ende eines der Blasenbildungsrohre. Dies ermöglicht, den Einfluß der Temperatur auf die Druckmessungen zu korrigieren, um den Wert der volumenbezogenen Masse bei einer gegebenen, als Referenz dienenden Temperatur auszudrücken.
Das dritte Blasenbildungsrohr kann gebildet werden durch einen Körper mit großer Masse, um einen Ballast für die Vorrichtung zu bilden.
Es ist vorgesehen, ein perforiertes Schutzrohr zu verwenden, angebracht in der Verlängerung des dritten Blasenbildungsrohrs, um die dritten Lippen dieses dritten Blasenbildungsrohrs zu schützen.
Die Erfindung und ihre verschiedenen Charakteristika werden besser verstanden durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung, die ergänzt wird durch die beiden Figuren, die die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt darstellen, eingetaucht in eine Flüssigkeit, in zwei unterschiedlichen Ausführungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wendet dasselbe Blasenbildungsprinzip an wie die, die in der Präambel der vorliegenden Beschreibung dargestellt wird. Genauer, sie führt in der zu messenden Flüssigkeit Druckmessungen in verschiedenen Tiefen aus. Der Unterschied der beiden gemessenen Drücke ergibt aufgrund der Schwerkraftbeschleunigung und der Tiefendifferenz der beiden Niveaus, wo die Messungen durchgeführt werden, die volumenbezogene Masse der Flüssigkeit.
Die Vorrichtung umfaßt hauptsächlich ein erstes Blasenbildungsrohr 10, ein zweites Blasenbildungsrohr 20, eine gesteuerte und modulierte Druckgasquelle 40 und Recheneinrichtungen 50 der volumenbezogenen Masse der Flüssigkeit.
Das Konzept der Erfindung ist es, die Stellen der beiden Blasenbildungsrohre 10 und 20, an denen die Messungen durchgeführt werden, mit einer einzigen Flüssigkeitsentnahmeöffnung zu verbinden.
Bei der ersten Ausführung, dargestellt in Figur 1, wird diese Verbindung der beiden Meßstellen hergestellt durch das zweite Blasenbildungsrohr 20, angeordnet unterhalb, in der Vertikalen, des ersten Blasenbildungsrohrs 10.
Das erste Blasenbildungsrohr 10 wird gebildet durch einen starren röhrenförmigen Körper 12, vorzugsweise metallisch, in dessen Innerem sich ein Kanal 13 befindet. Der röhrenförmige Körper 12 endet durch ein erstes, oberes Ende 1. Dieses besitzt einen Druckgaseinlaß 14, der Verbindung hat mit dem Kanal 13 des röhrenförmigen Körpers 12. Er ist ebenfalls versehen mit Aufhängeinrichtungen 16, die nicht nur dazu bestimmt sind, das erste Blasenbildungsrohr 10 zu halten, sondern die gesamte Vorrichtung. Diese Aufhängeinrichtungen können einfach durch ein Loch 16 oder einen Aufhänghaken gebildet werden. In der Figur ist der Gaseingang 14 seitlich dargestellt. Diese Ausführung ist nur ein Beispiel, und es können andere Positionen dieses Gaseinlasses verwirklicht werden, ohne die Wirkungsweise der Vorrichtung zu verändern und ohne die Meßresultate zu beeinflussen.
Der röhrenförmige Körper endet durch ein zweites, unteres Ende 19. Dieses beendet den Kanal 13 des röhrenförmigen Körpers 12 durch erste Lippen 15, wobei diese letzteren die Form eines spitzen Winkels aufweisen. Sie sind dazu bestimmt, die Blasenbildung auf dem ersten Niveau A zu bewirken. Dieses untere Ende 19 endet durch einen Befestigungstutzen 17 von kleinerem Innendurchmesser als der des Kanals 13. Unter Berücksichtung der Form der ersten, spitzwinkligen Lippen 15 begrenzt dieser Stutzen 17 einen Hohlraum 18, der das Ende dieser Lippen umgibt. Dieser Hohlraum 18 ist dazu bestimmt, die Bildung und Vergrößerung der Blase zuzulassen, genau im Moment der Messung. Etwas oberhalb des Stutzens 17 geht das untere Ende 19 in eine breitere Form 16 über, die einen Anschlag gegenüber dem zweiten Blasenbildungsrohr 20 bildet. Dieser Anschlag 16 weist eine Radialfläche 16A auf, versehen mit einer Ringnut, in der ein Runddichtring 56 sitzt. Das untere Ende 19 ist ebenfalls dazu bestimmt, das obere Ende 21 des zweiten Blasenbildungsrohrs aufzunehmen. Die Befestigung zwischen diesen beiden Elementen erfolgt durch ein Außengewinde 17A, das auf den Außendurchmesser des Stutzens 17 geschnitten ist, und durch ein entsprechendes Innengewinde, das in das Innere des oberen Endes 21 des zweiten Blasenbildungsrohrs geschnitten ist.
In Übereinstimmung mit dem unteren Ende 19 des ersten Blasenbildungsrohrs 10 nimmt das obere Ende 21 des zweiten Blasenbildungsrohrs 20 die Form eines Gewindestutzens 24 an, auf den man den Befestigungsstutzen 17 des ersten Blasenbildungsrohrs schrauben kann. Dieser Gewindestutzen 24 endet durch eine Radialfläche, entsprechend der Radialfläche 16A des Anschlags 16 des unteren Endes 19 des ersten Blasenbildungsrohrs 10. Das Ende des Gewindeteils des Gewindestutzens 24 schließt ab durch einen torischen Sitz, in dessen Innerem sich ein zweiter Runddichtring 44 befindet, um die Dichtheit des Hohlraums 18 zu gewährleisten. Dieser letztere endet mit dem oberen Ende 21 des zweiten Blasenbildungsrohrs 20, das sich verengt und befestigt ist an einem röhrenförmigen Körper 22, in dessen Innerem sich ein Kanal 23 befindet. Analog zum ersten Blasenbildungsrohr 10 ist das zweite Blasenbildungsrohr 20 steif und vorzugsweise metallisch.
Ein unteres Ende 29 beendet den Kanal 23 mit den zweiten Lippen 25. Diese letzteren sind dazu bestimmt, die Blasenbildung auf dem zweiten Niveau B zu bewirken.
Die gesteuerte und modulierte Druckgasquelle 40 ist ausgerüstet mit Blasenbildungsdruck-Detektoreinrichtungen 42. Diese letzteren erfassen und speichern die Werte der Drücke PA und PB, die durch die Vorrichtung ausgeübt werden auf die beiden unterschiedlichen Meßniveaus A und B. Die Recheneinrichtungen 50 der volumenbezogenen Masse sind angeschlossen an den Ausgang der Druckdetektoreinrichtungen 42, um die volumenbezogene Masse der Flüssigkeit abzuleiten mit Hilfe der Formel (VI), wozu sie die beiden gemessenen Drücke PA und PB verwenden.
Die Anwendung und die Betriebsweise der Vorrichtung gemäß dieser ersten Ausführung der Erfindung sind die folgenden. Die Meßvorrichtung in der Form eines Einblockrohrs wird in die Flüssigkeit getaucht, deren volumenbezogene Masse man messen muß, in eine bestimmte Tiefe, bis auf das für die Messung gewählte Niveau. Man moduliert den Gasdruck der Quelle 40 in den Rohren 13 und 23 über den Gaseinlaß 14, man verdrängt die Flüssigkeit, die während des Eintauchens der Vorrichtung in die Rohre 13 und 23 eindringen konnte, dann wird, indem man diesen Gasdruck reduziert, die Flüssigkeit in die zentralen Kanäle 23 und 12 gesaugt, so daß sie vollständig gefüllt sind. Anschließend wird das Druckgas eingeblasen über den Gaseinlaß 14 des ersten Blasenbildungsrohrs 10. Unter der Wirkung der progressiven Druckerhöhung durch die gesteuerte Druckgasquelle 40 sinkt der Gas-Flüssigkeit-Meniskus bis zu den ersten Lippen 15 des unteren Endes 19 des ersten Blasenbildungsrohrs 10. Beim Eindringen in den ersten Hohlraum 18 nimmt der Meniskus eine ballige Form an, die seine Oberfläche vergrößert.
Es bildet sich also eine Blase, die wächst. Ihre Volumenvergrößerung erfordert eine größere Druckzunahme. Die Form der Blase hängt auch ab vom Durchmesser des zentralen Kanals 13 in Höhe der Lippen 15. Da der hydrostatische Druck in einer Flüssigkeit mit der Tiefe zunimmt, wächst der Druck in dem Maße wie die Blase wächst. Dann durchläuft er ein Maximum, kurz ehe die Blase sich natürlicherweise von dem Rohr löst, wenn ihr Volumen ausreicht, damit der hydrostatische Auftrieb, der auf die Blase wirkt, ausreichend groß ist, um sie zu loszulosen.
Die Blasenbildungs-Detektoreinrichtungen 42 stellen dann einen plötzlichen Druckabfall fest und speichern den Maximalwert PA des Maximaldrucks, der erreicht wurde bei der Bildung dieser ersten Blase.
Die gesteuerte Druckgasquelle 40 liefert weiterhin einen wachsenden Druck. Das Gas dringt folglich in den gesamten Hohlraum 18 des ersten Blasenbildungsrohrs 10 ein, um anschließend in den zentralen Kanal 23 des zweiten Blasenbildungsrohrs 20 einzudringen. Der Gas-Wasser-Meniskus erreicht daher das untere Ende 29 des zweiten Blasenbildungsrohrs 20 und der zweiten Lippen 25 an der Grenze des Hohlraums 28 des zweiten Blasenbildungsrohrs 20. Die Erfassung des Blasenbildungsdrucks PB auf Niveau B erfolgt analog zu der des Drucks PA auf dem Niveau A, die soeben beschrieben wurde.
Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß diese letztere nur eine einzige gesteuerte Quelle 40 verwendet, um das Druckgas zu liefern, und eine einzige Blasenbildungs-Detektoreinrichtung 42, im vorliegenden Fall ein Präzisionsmanometer.
Bei der zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt in Figur 2, wird die Verbindung zwischen den beiden Meßstellen hergestellt durch ein Entnahmerohr 60. Dieses letztere setzt sich zusammen aus Verbindungsrohren 58 und 59, deren erste Enden 62 bzw. 63 jeweils verbunden sind mit den unteren Enden 29 und 19 des ersten und des zweiten Blasenbildungsrohrs 10 und 20. Diese beiden Verbindungsrohre 58 und 59 vereinigen sich, um ein Entnahmerohr 61 zu bilden, das durch eine einzige Entnahmeöffnung 57 endet. Der Anschluß der Verbindungsrohre 58 und 59 des Entnahmerohrs 60 an die beiden Blasenbildungsrohre 10 und 20 erfolgt auf gleiche Weise wie der bezüglich der Figur 1 beschriebene und die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung betreffende.
Die jeweiligen Längen der beiden Verbindungsrohre 58 und 59 und des Entnahmerohrs 61, sowie ihre Form, können beliebig sein. Der einzige Formzwang dieses Entnahmerohrs besteht darin, daß die unteren Enden 19 und 29 der beiden Blasenbildungsrohre 10 und 20 jeweils ausreichend weit entfernt sind von der Entnahmeöffnung 57, so daß sie geschützt sind vor jedweder Bewegung oder Stauung bzw. Gegenströmung der Flüssigkeit, in die die Vorrichtung getaucht ist.
Bei dieser zweiten Ausführung teilt sich der Druckgaseinlaß 14, um beide Blasenbildungsrohre 10 und 20 über Ventile 64 und 65 zu speisen.
Der Aufbau dieser zweiten Ausführung weist nicht mehr die Form eines einzigen Rohrs auf. Er erfordert daher einige Zusatzteile, um sein Eintauchen in die Flüssigkeit zu ermöglichen, in der die Messungen durchgeführt werden sollen. Diese Zusatzteile können z.B. gebildet werden durch ein Ablaßseil 66, an dessen unterem Ende eine Stange 67 befestigt ist. An dieser letzteren können zwei Halteseile 68 und 69 aufgehängt sein, an denen die beiden Blasenbildungsrohre 10 bzw. 20 befestigt sind. Man kann zu diesem Zweck Aufhängsysteme verwenden, die denen analog sind, die für die erste Ausführung erwähnt wurden, namlich einen Haken 16.
Die beiden Ventile 64 und 65 ermöglichen es, zu unterschiedlichen Zeitpunkten Druckluft in die beiden Blasenbildungsrohre 10 und 20 einzuspeisen. Dies bildet einen Vorteil bezüglich der ersten Vorrichtung. Da nämlich die Meßebenen A und B sich auf verschiedenen Niveaus befinden, ist die Wegstrecke, die die Luft durchlaufen muß, um diese beiden Stellen zu erreichen, unterschiedlich für die beiden Meßrohre 10 und 20. Zum Zwecke einer simultanen Ausführung der beiden Messungen ist es vorteilhaft, die Druckluft für das weiter unten befindliche Blasenbildungsrohr, im vorliegenden Fall das Rohr 20, vorher einzuspeisen. Der Druck wird anschließend in das erste Blasenbildungsrohr 10 eingeleitet, so daß die beiden Grenzflächen in den beiden Blasenbildungsrohren 10 und 20 die Lippen 15 und 25 zu relativ nahe beieinanderliegenden Zeitpunkten erreichen. Dies ermöglicht, Zeit zu gewinnen bei den verschiedenen Messungen und diese letzteren durchzuführen ohne Beeinflussung der verschiedenen Meßparameter, die in Abhängigkeit von der Zeit variieren können.
Die Vorrichtung ist von einfacher Konzeption und folglich problemlos anwendbar. Ein weiterer Vorteil ist, daß es nicht erforderlich ist, daß die Flüssigkeit unbedingt ruhig sein muß, da die Blasenbildungszonen (zones de "bullage") geschützt sind. Sie ist tragbar und demontierbar, was die Möglichkeit einer einfachen Dekontaminierung und die Beseitigung eventueller Abscheidungen auf den Lippen bietet. Abhängig vom verwendeten Manometer kann die Vorrichtung sehr genau sein.
Die Messung des hydrostatischen Drucks auf einem bestimmten Niveau eines Flüssigkeitsbehälters ermöglicht es, die vertikale Distanz zu messen, die dieses Niveau von der Oberfläche der Flüssigkeit trennt. Zu diesem Zweck umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung, in ihrer ersten Ausführung, ein drittes Blasenbildungsrohr 30, angeordnet unter dem zweiten Blasenbildungsrohr 20, analog zur Positionierung dieses zweiten Blasenbildungsrohrs 20 bezüglich des ersten 10. In diesem Fall ist das untere Ende 29 des zweiten Blasenbildungsrohrs 20, gleich wie das untere Ende 19 des ersten Blasenbildungsrohrs, versehen mit einem breiten Teil 26. Dieser dient dem dritten Blasenbildungsrohr 30 als Anschlag durch eine Radialfläche 26A. Gegenüber dieser Radialfläche 26A besitzt das dritte Blasenbildungsrohr 30 eine Ringnut, in der ein dritter Runddichtring 52 sitzt, der die Abdichtung zwischen dem zweiten Blasenbildungsrohr 20 und dem dritten 30 gewährleistet. Das untere Ende 29 des zweiten Blasenbildungsrohrs besitzt einen Befestigungsstutzen 27, dessen Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser des zentralen Kanals 23, so daß er einen Hohlraum 28 umschließt, analog dem Hohlraum 18 zwischen dem ersten Blasenbildungsrohr 10 und dem zweiten 20. Ebenso kann ein vierter Runddichtring 54 am Ende des Befestigungsstutzens 27 angebracht werden. Dieser letztere hat ein Außengewinde 27A, damit sich das dritte Blasenbildungsrohr auf ihn aufschrauben läßt. Dieses dritte Blasenbildungsrohr 30 besitzt ebenfalls einen zentralen Kanal 33, analog den vorhergehenden 23 und 13, und ein unteres Ende 39, das den zentralen Kanal 33 mit Lippen 35 abschließt, die dieselbe Form aufweisen wie die vorhergehenden 25 und 15. Die Länge des Kanals 33 muß ausreichend groß sein (z.B. 6- bis 8mal sein Durchmesser), um zu verhindern, daß eventuelle Bewegungen der Flüssigkeit außerhalb der Vorrichtung die Meßbedingungen des Drucks PB durch die zweiten Lippen 25 stören.
Das dritte Blasenbildungsrohr 30 ist massiv dargestellt, den es kann vorteilhafterweise einen Ballast für die gesamte Meßvorrichtung bilden. Es kann auch eine perforiertes Rohr zum Schutz der dritten Lippen 35 umfassen. Da nämlich die Vorrichtung tragbar ist und sich die dritten Lippen 35 am äußersten unteren Ende der Vorrichtung befinden, könnten sie folglich während einer Handhabung der Meßvorrichtung eventuellen Stößen oder Berührungen ausgesetzt sein.
Dieses dritte Blasenbildungsrohr 30 kann auch an der zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung angebracht werden. In diesem Fall wird es an der Entnahmeöffnung 57 des Entnahmerohrs 60 befestigt.
Die Verwendung dieses dritten Blasenbildungsrohrs 30 ist die folgende: wenn die volumenbezogene Masse der Flüssigkeit bekannt ist, nach Durchführung der beiden Blasenbildungen auf den Niveaus A und B, ist es möglich, die Lage des Niveaus C der dritten Lippen 35 zu ermitteln. Indem man nämlich die Formel (I) auf das Niveau C anwendet, d.h. PC = HC. p.g. PC, gemessen durch die Meßvorrichtung, kann die Höhe HC abgeleitet werden mit Hilfe der Formel (VII) entsprechend: HC = PC/ p.g, bei Vernachlässigung der volumenbezogenen Masse des Gases und des Blasenbildungsüberdrucks dPC.
Berechnungseinrichtungen 52 dieser Höhe HC werden daher eingesetzt am Ausgang der Berechnungseinrichtungen 50 der volumenbezogenen Masse p der Flüssigkeit.
Es ist möglich, die erfindungsgemäße Meßvorrichtung mit Meßeinrichtungen der Temperatur der Flüssigkeit auszustatten. Dies kann verwirklicht werden, indem man in ein unteres Ende, im vorliegenden Fall 19, eine Temperatursonde 46 einsetzt. Dies erlaubt die errechneten Werte der volumenbezogenen Masse zu korrigieren, für den Fall, daß die Temperatur sich mit der Zeit verändert. Es ist auch möglich, über eine Temperatursonde an jedem unteren Ende jedes Blasenbildungsrohrs zu verfugen, um die eventuellen Temperaturdifferenzen auf den verschiedenen Meßniveaus A, B und C festzustellen.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Dichte und des Pegels einer Flüssigkeit an einer beliebigen Stelle durch Differentialdruckmessung des Typs "Blasenbildung" mit wenigstens zwei Rohren (10, 20) auf wenigstens zwei unterschiedlichen Flüssigkeitsniveaus (A, B), wovon die Lage des einen, bezogen auf das andere, bekannt ist, enthaltend:

- ein erstes Blasenbildungsrohr (10) das ein erstes, oberes Ende (11) aufweist, und ein zweites, unteres Ende, das in ersten Blasenbildungslippen (15) endet, auf dem ersten Meßniveau (A) befindlich;

- ein zweites Blasenbildungsrohr (20) mit einem ersten, oberen Ende (21) und einem zweiten, unteren Ende (29), das in den zweiten Blasenbildungslippen (25) endet, auf dem zweiten Meßniveau (B) befindlich;

- eine gesteuerte und modulierte Druckgasquelle (40), auf dichte Weise verbunden mit den beiden ersten, oberen Enden (11, 21) der beiden Blasenbildungsrohre (10, 20), und versehen mit Druckdetektionsmitteln (42), um die beiden jeweiligen Blasenbildungsmaximaldrücke (PA, PB) der unterschiedlichen Niveaus (A, B) zu messen; und

- Rechenmittel (50) für die Dichte der Flüssigikeit auf Grund der beiden festgestellten Blasenbildungsmaximaldrücke (PA, PB)

dadurch gekennzeichnet,

daß die zweiten, unteren Enden (19, 29) des ersten und zweiten Blasenbildungsrohrs (10, 20) miteinander verbunden sind durch ein Entnahmerohr, das eine einzige Öffnung zur Entnahme von Flüssigkeit enthält, so daß die für die beiden Messungen auf den beiden Niveaus (A, B) verwendete Flüssigkeit dieselbe ist, damit die beiden Messungen unter gleichartigen Bedingungen durchgeführt werden und ohne die Störungen, die durch die eventuellen Rückstromungen der Flussigkeit verursacht werden.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr gebildet wird durch das zweite Blasenbildungsrohr (20), angebracht unter dem ersten Blasenbildungsrohr (10), wobei das zweite, untere Ende (19) des ersten Blasenbildungsrohrs (10) auf dichte Weise verbunden ist mit dem ersten, oberen Ende (21) des zweiten Blasenbildungsrohrs (20), so daß das unter Druck stehende Gas eindringt in das zweite Blasenbildungsrohr (20), nachdem die erste Blasenbildung des ersten Rohrs (10) stattgefunden hat.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Blasenbildungsrohr (30) angebracht wird unter dem zweiten Blasenbildungsrohr (20), und auf dichte Weise verbunden wird, durch ein erstes, oberes Ende (31), mit dem zweiten, unteren Ende (29) des zweiten Blasenbildungsrohrs (20), dabei ein zweites, unteres Ende (39) aufweisend, das abschließt mit den dritten Blasenbildungslippen (35), auf einem dritten, mit (C) bezeichneten Niveau befindlich, feststehend bezüglich der beiden ersten Niveaus (A, B) , wobei die Blasenbildungsdruck- Detektionsmittel (42) den dritten Blasenbildungsdruck (PC) auf dem dritten Niveau (C) der dritten Blasenbildungslippen (35) feststellen können;

- Rechenmittel der Höhe (HC) des dritten Niveaus (C) bezüglich der Oberfläche der Flüssigkeit, ausgehend von der Messung des dritten festgestellten Drucks (PC) der dritten Blasenbildungslippen (35) nach der Berechnung der Dichte der Flüssigkeit, um die Dichte des verwendeten Gases zu berechnen, und den von dem Dichte der Flüssigkeit erhaltenen Wert zu korrigieren.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die beiden Blasenbildungsrohre (10, 20) parallel sind, aber von unterschiedlicher Länge, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr (60) aus zwei Anschlüssen (58, 59) besteht, jeder befestigt am unteren Ende (19, 29) von einem der beiden Blasenbildungsrohre (10, 20), die sich vereinigen, um ein gemeinsames Rohr (61) zu bilden, das in der Entnahmeöffnung (57) endet.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein drittes Blasenbildungsrohr (30) unter dem Entnahmerohr (60) befindet, und durch ein erstes, oberes Ende (31) auf dichte Weise verbunden ist mit der Entnahmeöffnung (57) des Entnahmerohrs (60), und ein zweites, unteres Ende (39) enthält, das in dritten Blasenbildungslippen (35) endet, die sich auf einem dritten, festgelegten Niveau (C) befinden, feststehend bezüglich der beiden ersten Niveaus (A, B) , wobei die Blasenbildungsdruck-Detektionsmittel (42) den dritten Blasenbildungsdruck (PC) des dritten Niveaus (C) der dritten Blasenbildungslippen (35) feststellen können;

- Rechenmittel der Höhe (HC) des dritten Niveaus (C) bezüglich der Oberfläche der Flüssigkeit, ausgehend von der Messung des dritten festgestellten Drucks der dritten Blasenbildungslippen (35), nach der Berechnung der Dichte der Flüssigkeit, um die Dichte des verwendeten Gases zu berechnen, und den erhaltenen Wert der Dichte der Flüssigkeit zu korrigieren.

6. Meßvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie Temperaturmeßmittel (46) enthält, angebracht im unteren Ende (19) von wenigstens einem der Blasenbildungsrohre (10).

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Blasenbildungsrohr (30) ein Körper mit einer großen Masse ist, um einen Ballast für die Meßvorrichtung zu bilden.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein perforiertes Schutzrohr (36) angebracht ist in der Verlängerung des dritten Blasrohrs (30), um die dritten Lippen (35) des dritten Blasrohrs (30) zu schützen.

9. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Rohr (33) ausreichend lang ist, um die Blasenbildungszone auf Höhe der Lippen (25) zu schützen vor eventuellen Bewegungen der Flüssigkeit um die Meßvorrichtung herum.