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Verfahren zur Messung eines Behälterinhaltes in bezug auf feste und/oder
flüssige Stoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines Behälterinhaltes
in bezug auf feste und/oder flüssige Stoffe durch Ermittlung des Volumens oder/und
der Menge des gasförmigen Inhaltes des Behälters, wobei das Volumen oder die Menge
des gasförmigen Inhaltes des Behälters durch Veränderung des Volumens und/oder der
Menge des gasförmigen Inhaltes und die daraus im Behälter resultierende Druckveränderung
ermittelt wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in oder an dem Behälter
eine Vorrichtung angebracht oder mit ihm verbunden wird, die eine Veränderung des
Volumens oder/und der Menge und des Über- oder Unterdruckes des gasförmigen Inhaltes
bewirkt, mit der Maßgabe, daß das Änderungsverhältnis dieser Komponenten zueinander
den Inhalt des Behälters an festem oder flüssigem Stoff ergibt und daß vor Beginn
der Messung ein Druckausgleich des Behälterinnern auf einen Eichwert, insbesondere
die Außenluft, und alsdann eine Abschließung des Behälterinnern bei anschließend
erfolgender Druckänderung des gasförmigen Behälterinhaltes bewirkt wird und daß
ferner für die Druckänderung im Behälterinnern in an sich bekannter Weise Saug-
oder Druckpumpen, Temperaturänderungen, Zu- oder Abführung flüssiger oder fester
oder gasförmiger Stoffe, insbesondere eines im Behälter befindlichen gleichartigen
Stoffes, einzeln oder in Kombination angewendet, benutzt werden.
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Für den vor Beginn der Messung zu bewirkenden Druckausgleich des
Behälterinnern auf einen Eichwert, insbesondere den Druck der Außenluft und
die
anschließende Druckänderung des gasförmigen Behälterinhaltes kann der Kolben einer
Über- oder Unterdruckpumpe der Bildung sowohl des Druckausgleiches als auch der
Behälterabschließung dienen.
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Statt eines Druckausgleiches mit der Außenluft kann auch bei nach
außen abgeschlossenem Behälter jeder beliebige andere Druck im Behälter als Anfangswert
der notwendigen Druckveränderung benutzt werden, da nur die Größe der Druckveränderung
bei diesen Messungen eine Rolle spielt, wobei es an sich gleichgültig ist, von welchem
Anfangsdruck ausgegangen wird, so z. B. von o auf I atü oder von I auf 2 atü usw.
Maßgeblich ist nur die Größe der Druckveränderung, die bei diesen Beispielen also
immer I beträgt, während Anfangs-und Enddruck verschieden sind.
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Im Rahmen der Erfindung ist unter Gas oder gasförinig jeder Stoff
zu verstehen, der nicht fest oder flüssig ist, wie z. B. Luft und Gas oder Gasgemische
jeder Art.
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Vorrichtungen, mit denen der flüssige Inhalt von Behältern gemessen
werden kann, sind in vielfacher Ausführung bekannt. In der einfachsten Form wird
das Prinzip der kommunizierenden Röhren verwendet, wobei an einem außen am Behälter
angeordneten Standrohr die Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Behälter ersichtlich
ist. Ein zweites System bedient sich in mannigfachsten Ausführungen eines an der
Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter bebefindlichen Schwimmers, der mit dem Flüssigkeitsspiegel
auf- und niedersteigt und dessen jeweiliger Stand sich durch geeignete Vorrichtungen
außerhalb des Behälters erkennen läßt. \Ein drittes System beruht auf dem pneumatischen
Prinzip. Bei ihm befindet sich ein Standrohr oder eine Taucherglocke in der Flüssigkeit,
verbunden mit einer Luftpumpe und einem Druckmesser. Wird in das Standrohr oder
die Taucherglocke, die beide unten offen sind, Luft gepumpt, so, kann der Luftdruck
nur so lange ansteigen, bis die eingepumpte Luft im Standrohr oder der Taucherglocke
die Flüssigkeit verdrängt hat. Je höher der Flüssigkeitsspiegel im Behälter ist,
um so höher muß der zur Verdrängung der Flüssigkeit im Standrohr oder der Taucherglocke
benötigte Druck werden. Der benötigte Druck wird am Druckmesser abgelesen, und seine
Höhe gibt Aufschluß über die Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Behälter. Bei einem
vierten System befindet sich eine Anordnung von elektrischen Widerstandsdrähten
in der Flüssigkeit, die die Eigenschaft haben, daß ihre elektrische Leitfähigkeit
in einem bestimmten Verhältnis zu ihrer Temperatur steht.
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Fließt ein elektrischer Strom durch diese Drähte, so wird der nicht
eingetauchte Teil der Drähte stärker erwärmt als der eingetauchte Teil; dementsprechend
tritt auch eine unterschiedliche Leitfähigkeit ein. Daraus ergibt sich eine Spannungsdifferenz,
die sich an einem Spannungsmesser ablesen läßt. Damit wird die Spiegelhöhe der Flüssigkeit
angezeigt. Schließlich gibt es noch Systeme, die den Flüssigkeitsdruck direkt am
Boden des Behälters messen und daraus die Höhe der Flüssigkeitssäule bzw. des Flüssigkeitsspiegels
bestimmen.
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Eine weiterhin bekanntgewordene Vorrichtung zum Messen des Tankinhaltes,
insbesondere für Flugzeuge, besteht darin, daß der Tankinhalt durch Messung einer
Drucksteigerung ermittelt wird, welche im Leerraum des Tankes durch Zuführen eines
gasförmigen Meßdruckmi ttels erzeugt wird, und daß der Leerraum des Tankes von der
flüssigen Tankfüllung durch eine gas- und flüssigkeitsdichte, ballonartige, elastische
Hülle getrennt ist. Eine weitere Vorrichtung zum Messen des Inhaltes von Flüssigkeitsbehältern
mit Hilfe eines ,gasförmigen Druckmittels, das in stets gleichbleibender Menge dem
über der Flüssigkeit befindlichen Luftvolumen zugeführt wird und bei welcher die
auf diese Weise erzielte Druckerhöhung als Maß für die Flüssigkeitsmenge dient,
besteht darin, daß ein unabhängig von dem auszumessenden Behälter angeordneter Vergleichsbehälter
vorgesehen ist, dem ebenso wie auch dem auszumessenden Behälter bekannte gleichbleibende
Mengen des Druckmittels über getrennte Leitungen zugeführt werden, und daß von dem
hierdurch entstehenden Unterschied zwischen den Drücken in den beiden Behältern
der gesuchte Meßwert ablgeleitet ist. Schließlich ist eine Vorrichtung zum Messen
des Flüssigkeitsinhaltes beliebig geformter geschlossener Gefäße durch Messen einer
künstlich im freien Luftraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels erzeugten Drùckerhöhung
bekanntgeworden, die darin besteht, daß zwecks Aufhebung des Einflusses des atmosphärischen
Luftdruckes auf die Messung eine Barometerdose vorgesehen ist, die das Übersetzungsverhältnis
des Druckanzeigegerätes regelt.
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Ein Teil dieser vorbekannten Systeme hat das Prinzip, aus der Höhe
des Flüssigkeitsspiegels im Behälter die Menge der im Behälter befindlichen Flüssigkeit
zu bestimmen. Daraus ergibt sich, daß genaue Messungen nur möglich sind, wenn sich
der Behälter genau in der Waage befindet und der Flüssigkeitsspiegel sich nicht
durch Erschütterungen bewegt. Dieser Zustand läßt sich bei ortsfesten Behaltern
erreichen. Sobald es sich aber um Behälter in Land-, besonders aber in Luft- und
Wasserfahrzeugen handelt, können derartige Meßvorrichtungen nur annähernd richtige
Maß resultate liefern, da durch die Bewegung von Fahrzeug und Behälter die Höhe
des Flüssigkeitsspiegels an der Meßstelle dauernd stark schwankt, wodurch auch die
Inhaltsangabe in weiten Grenzen differiert.
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Bei weiteren bekanntgewordenen Vorrichtungen besteht der Nachteil,
daß entweder nachgiebigeEinbauten im Behälterinuern oder zusätzliche Vergleichshehälter
erforderlich sind.
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Die Inhaltsmessung bei Behältern mit festen Stoffen, wie sie z. B;
bei Behältern mit Kohlenstaub erforderlich wird, ist mit den bekannten Vorrichtungen
nur schwierig oder zu ungenau zu erreichen.
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Es werden stufenweise - Kontaktgeber in den Behälter fest eingebaut,
die einen Stromkreis schließen, sobald sie von dem festen Stoff bedeckt werden.
Da aber feste Stoffe niemals eine glatte Oberfläche
haben, sondern
beim Ein- und Abfüllen Kegel, Trichter und Wellen bilden, kann mit Kontaktgebern
nur ein sehr ungenauer Meßwert erzielt werden.
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Die Meßvorrichtung nach der Erfindung vermeidet die Nachteile der
bisher bekannten Meßverfahren. Unter Hinweis auf das Schema der Zeichnung, die nur
der Erleichterung des Verstän!dnisses dient, ergibt die Größe des gasförmigen Inhaltes
3, normalerweise also der im Behälter befindlichen Luftmenge, bei bekanntem Fas
sungsvermögen des Behälters I durch einfache Subtraktion den Inhalt 2 des Behälters
I an festen oder flüssigen Stoffen, und zwar nach der Formel: Gesamtfassungsvermõgen
des Behälters minus im Behälter befindliche Gasmenge = Inhalt des Behälters an festen
oder flüssigen Stoffen. Die Messung der im Behälter befindlichen, Gasmenge kann
einfach und sicher auf pneumatischem Wege bewirkt werden, wobei verschiedene Ausführungsformen
gewählt werden können.
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Im gezeichneten Ausführungsbeispiel stellt I einen Behälter, 2 den
festen oder flüssigen Inhalt, 3 den luft- oder gasförmigen Inhalt, 4 einen Zylinder
mit Kolben 5, 6 eine Verbindungsleitung, 7 ein Belüftungsloch (Druckausgleichsöffnung),
8 einen Druckmesser, g eine Kolbenstange mit Skalaio dar.
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Der Meßvorgang geschieht beispielsweise wie folgt: Sobald der Kolben
5 in den Zylinder 4 geschoben wird, überstreicht er das Belüftungsloch 7, und er
schließt damit das Innere des Behälters I nach außen hermetisch ah. Ein weiteres
Einschieben des Kolbens 5 in den Zylinder 4 bewirkt nunmehr eine Druckerhöhung im
Innern des Behälters I. Da sich der feste oder flüssige Inhalt des Behälters nicht
zusammenpressen läßt, ist die Druckerhöhung allein abhängig von der Größe des gasförmig
gefüllten Raumes 3 und der Menge des durch den Kolben 5 eingepreßten Gases (Boyle-Mariottesches
Gesetz).
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Da die Menge des eingepreßten Gases an der Eichskala 10 der Kolbenstange
g ablesbar ist, ergibt sich aus der Druckerhöhung ohne weiteres das Volumen des
gasförmig gefüllten Teiles des Behälters und damit der Inhalt des Behälters an flüssigem
oder festem Stoff. Es kann daher ohne weiteres entweder der Druckmesser8 oder die
Skala 10 an der Kolbenstange 9 auf Literinhalt des Behälters an festem oder flüssigem
Stoff geeicht werden. Zum Beispiel sei der Inhalt des gasförmig gefüllten Teiles
des Behälters = I 1. Soll nun eine Drucksteigerung auf beispielsweise I atü im Behälter
erreicht werden, so muß durch den kolben 5 eine Menge von I 1 Gas in den Behälter
gepreßt werden. Um also beispielsweise I atü im Behälter zu erreichen, muß immer
so viel Gas zusätzlich in den Behälter gepreßt werden, wie bereits in dem gasförmig
gefüllten Teil des Behälters vorhanden ist. Das Verhältnis des Volumens des eingepreßten
Gases zu der damit erreichten Druck steigerung ist also ein sicherer Maßstab für
die Größe des gasförmig gefüllten Raumes im Behälter, Die Ermittlung der Größe des
gasförmig gefüllten Raumes im Behälter ist somit äußerst einfach und sicher und
damit die Ermittlung des Inhaltes an festem oder flüssigem Stoff.
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Das gleiche Ergebnis läßt sich erreichen, wenn nicht Luft oder Gas
zusätzlich in den gasförmigen Inhalt des Behälters gepreßt wird, sondern die Menge
des gasförmigen Inhaltes des Behälters durch Abpumpen vermindert wird. Es entsteht
dabei im Behälter ein Vakuum, dessen Größe abhängig ist von der Menge des abgepumpten
gasförmigen Inhaltes und von dem Volumen des im Behälter befindlichen gasförmigen
Inhaltes.
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Ferner läßt sich das gleiche Ergebnis dadurch erreichen, daß nicht
die Menge des gasförmigen Inhaltes durch Vermehren oder Vermindern verändert wird,
sondern daß das Volumen des gasförmigen Inhaltes durch Vermehren oder Vermindern
des festen oder flüssigen Inhaltes des Behälters verändert wird. Dabei entsteht
ebenfalls ein von der Größe der Vermehrung oder Verminderung und von dem Anfangsvolumen
des gasförmigen Inhaltes abgängiger Druck, woraus sich bei bekannter Größe der Vermehrung
oder Verminderung das Volumen des gasförmigen Inhaltes des Behälters ergibt.
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Ferner können Temperatureinwirkungen oder chemische Einflüsse zur
Veränderung der Menge und/oder des Volumens und des Druckes des gasförmigen Inhaltanteiles
wirksam gemacht werden.
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Stets kann an Hand der Fremdeinwirkung (Menge oder Volumen des eingepreßten
oder abgesaugten Gases, Temperaturveränderung usw.) und der daraus resultierenden.
Druckveränderung direkt das Maß für Menge undloder Volumen des festen oder flüssigen
Behälterinhaltanteiles bestimmt werden, und zwar unabhängig von der Lage des Behälters
und der Art des Behälterinhaltes.
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Diese verschiedenen Arten der Fremdeinwirkung können beliebig miteinander
kombiniert zur Anwendung gebracht werden.
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Wichtig für die Erfindung ist der Umstand, daß sie auch bei in bezug
auf den Aggregatzustand sich ändernden Stoffen, z. B. Benzin, anwendbar ist.
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Selbst wenn der in bezug auf die Menge zu messende flüssige Stoff,
z. B. Benzin, gast und somit aus sich heraus auch den gasförmigen Behälter inhaltanteil
bildet, tritt keine Fehlmessung ein, da vor Beginn der Messung Druckausgleich bewirkt
oder ein an sich beliebiger bestimmter Anfangsdruck eingestellt wird. Bei der alsdann
erfolgenden Fremdeinwirkung, z. B. Einpressen von Luft, ist die Menge des binzukommenden
gasförmigen Stoffes allein das Maß für den Anteil an flüssigen und festen Stoffen
im Behälter.
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Da das Volumen des gasförmigen Inhaltes eines Behälters weder durch
Schräglagen des Behälters noch durch stärkste Bewegungen des festen oder flüssigen
Inhaltes in seiner Größe irgendwie beeinflußt wird, ergibt die Messung des Volumens
des gasförmigen Inhaltes immer ein absolut sicheres Meßergebnis in bezug auf den
Inhalt des Behälters an flüssigen oder festen Stoffen. Ferner ist bei dem Meßverfahren
nach der Erfindung auch die Form der Behälter völlig nebensächlich, so daß eine
Aus-
führungsform für alle Behälter ungefähr gleicher Fassung ohne
Rücksicht auf verschiedenartige Formen zu verwenden ist. Die Erfindung stellt daher
in zweierlei Hinsicht gegenüber dem bisherigen Stand der Technik einen wesentlichen
Fortschritt dar.