SE450295B - Sett och anordning for metning av volymen av en gas i en behallare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 2 En anordning, med vilken volymen kan mätas utan någon dyr tryckmätare, visas i FR 2 412 825. Denna an- ordning innefattar två via ett membran förbundna behållare, av vilka den ena innehåller det objekt, vars volym skall mätas, och den andra utgör en referensbehållare, vars volym kan varieras genom förskjutning av en kolv. Vid mätningen varieras trycket likformigt i de båda behållarna och kolven regleras på så sätt att trycket i de båda behållarna är lika, varvid objektets volym kan bestämmas ur kolvens förskjutning. Nackdelen med denna metod är uppenbar: På grund av referensbehållaren blir mätanord- ningen mycket skrymmande och är oanvändbar för stora behållare.

De här nämnda nackdelarna med dyr tryckmätare och skrymmande referensbehållare återkommer för alla hit- intills kända anordningar även om dessa är utformade på olika sätt. Ändamålet med föreliggande uppfinning är följakt- ligen att anvisa en ny mätmetod, som medger att volymen av en gas i en avluftad behållare mätes på ett enkelt sätt med hjälp av en kompakt och billig anordning. Ändamålet uppnås därigenom att behållarens volym varieras enligt en sinussvängning mellan ett minimalt och ett maximalt värde, varvid variationen görs med konstant frekvens men med varierande amplitud, för upp- nående av en förutbestämd tryckskillnad; att den mot den förutbestämda tryckskillnaden svarande volymskill- naden bestämmes genom detektering av tidpunkterna för när åtminstone två punkter på sinussvängningen uppnås, vilka punkter motsvarar två förutbestämda värden för behållarens volym; att tiden mellan uppnåendet av de två punkterna på sinussvängningen mätes och användes för beräkning av det maximala och det minimala värdet för den mot den förutbestämda tryckskillnaden svarande volymskillnaden; och att volymen beräknas med utgångs- punkt från formeln V = Avxpox u/Ap där po är lika med det statiska trycket och n = Cp/Cv, där Cp och Cv är 10 20 25 30 35 3 värmekapacitiviteten vid konstant tryck respektive konstant volym för den aktuella gasen i behållaren Uppfinninqen avser också en anordning för genom- förande av sättet, vilken innefattar ett rörformigt hölje, vilket vid sin ena ände är anslutet till en öpp- ning i behållaren och i vilket en fram och åter rörlig vägg är anordnad, en exciteringsanordning och en i behål- laren anordnad tryckmätare. Anordningen kännetecknas av åtminstone två lägesdetektorer, vilka är anordnade att avge en signal vid den rörliga väggens passage, tidmätorgan för mätning av tiden mellan en signal från den ena lägesdetektorn och en därpå följande signal från den andra lägesdetektorn, beräkningsorgan för beräk- ning av den rörliga väggens svängningsamplitud med ut- gångspunkt från den av tidmätorganet uppmätta tiden samt för beräkning av volymen av gasen i behållaren.

Den rörliga väggen kan vara utformad på ett flertal sätt. Enligt en utföringsform av uppfinningen utgöres den av en kolv, vilken är upphängd i höljet medelst en fjäder. Den kan emellertid också utformas som ett membran eller högtalarelement.

I sammanhanget skall påpekas att man genom att bestämma gasvolymen i en behållare också kan bestämma volymen av en i behållaren förvarad vätska eller icke- -kompressibel fast kropp om behållarens volym är känd.

Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas närmare genom ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar. Fig l visar en uppfinninge- enlig anordning för variation av en behållares volym.

Fig 2 är en schematisk vy och visar hur data för volym- mätningen samlas in till en dator.

Den i fig l visade anordningen innefattar ett rör- formigt hölje l, vars ena ände la är ansluten till en öppning i en ej Visad behållare, i vilken volymmätningen skall utföras, och i vars mantelvägg två eller flera urtag 22 är anordnade. I höljet är förskjutbart anordnad en kolv 2, vars tvärsektion är något mindre än höljets invändiga tvärsektion, så att kolven kan förskjutas 10 15 20 25 30 35 Û 295 4 fram och tillbaka i höljet med lätt löpande passning.

Någon noggrannare tätning mellan kolven och höljet er- fordras normalt inte och finns ej heller med i den visade utföringsformen. Om så erfordras kan emellertid en tät- ning konstrueras med exempelvis ett rullmembran. Kolven 2 är i radiell led uppdelad i en inre och en yttre del 2a resp 2b, vilka åtskiljes av ett cirkulärt urtag 4.

Kolven 2 är upphängd i höljet medelst en fjäder 3, vars ena ände 3a är fäst vid kolvens inre del 2a, och vars andra ände 3b är fäst på utsidan av ett cirkulärt fjäder- fäste 5, vilket är förbundet med höljet och anordnat i jämnhöjd med dettas urtag 22. Fjädern 3 bör vara så dimensionerad att den kan arbeta som tryck- och dragfjäder utan att vika sig. Den bör med andra ord ha en i för- hållande till längden stor diameter. En av ett långt aluminiumrör bestående kolvstång 23 sträcker sig genom centrum av kolven, varvid den är fast förbunden med denna, och utefter höljets längdaxel. Kolvstången har till upp- gift att styra kolven 2, så att denna löper lätt i höl- jet 1, och sträcker sig för den skull genom ett vid det övre fjäderfästet anordnat övre styrlager 6 och ett vid öppningen i behållaren anordnat nedre styrlager 7. Det nedre styrlagret 7 är cirkulärt och monterat med hjälp av ett antal ekrar 8, vilka sträcker sig i radiell led från lagret till höljet. Kolvstången har vidare till uppgift att överföra exitationsenergi från ett ovanför det övre styrlagret 6 och fjäderfästet 5 anordnat, elektro- magnetiskt exitationsorgan 9. Exitationsorganet 9 består av en spole 10, vars lindningsvarv ligger i höljets hori- sontalplan, en på kolvstångens mot spolen vända ände an- ordnad järnkärna ll, vilken är förskjutbar genom ett centrumhål l2 i spolen 10, och en till spolen 10 ansluten, ej visad strömkrets. För detektering av kolvens läge i höljet finns vidare två detektorer 13, 14 av konventionell typ, vilka är anordnade på avstånd från varandra i kolvens förskjurninqsriktnlng.

I fig 2 visas schematiskt den i fig 1 visade anord- ningen ansluten till en behållare 20, i vilken volymmät- 10 20 25 30 35 .fas (TI CD FJ QS L 'l 5 ning skall utföras. De båda detektorerna 13, 14 i höl- jet är som synes anslutna till ett beräkningsorgan 15, exempelvis en mikrodator. Till denna är också ansluten en i behållaren monterad tryckmätare 16, vilken i en föredragen utföringsform utgörs av en tryckvakt.

I det följande skall beskrivas hur anordningen an- vändes för mätning av volymen hos ett fluidum i en be- hållare. Om volymmätningen skall ske i en avluftad tank måste man först och främst se till att frekvensen för volymändringen är sådan att avluftningen påverkar mät- ningen så litet som möjligt. Eftersom avluftningen fun- gerar som ett lågpassfilter bör frekvensen för volym- ändringen vara betydligt högre än filtrets brytfrekvens.

Detta kan åstadkommas genom att välja lämpliga dimen- sioner på avluftningskanalen.

Vid själva mätningen bringas kolven i rörelse genom 'att en strömpuls med lämplig pulsbredd och amplitud skickas genom spolen, när kolven befinner sig i sitt översta ändläge. Tidpunkten för detta bestäms i datorn genom exempelvis derivering av svängningssignalen. Denna princip för excitering medför att kolven vid sin rörelse fram och tillbaka i höljet med mycket god noggrannhet följer en sinussvängning, vars svängningsfrekvens är mycket stabil. Amplituden för kolvens rörelse ökas kon- tinuerligt tills ett förutbestämt tryck, vilket skiljer sig med ett förutbestämt belopp Ap/2 från initialtrycket po, uppnås i behållaren, varvid tryckvakten reagerar.

När detta tryck uppnåtts mätes den tid det tar från kolven att passera från den ena lägesdetektorn 13, 14 till den andra lägesdetektorn 14, 13 och datorn 15 räknar med hjälp av denna tid ut sinussvängningens topp-till- -toppvärde, dvs avståndet mellan kolvens ändlägen. Efter- som arean hos kolvens tvärsektion är känd kan den mot den förutbestämda tryckskíllnaden Ap svarande volym- ändringen AV beräknas och därmed den sökta volymen V bestämmas ur allmänna gaslagen, vilken omskriven och Maclaurin-utvecklad kan uttryckas som 10 15 20 25 30 35 6 V = AV-ïg-n, där AV = volymändringen vid den förutbestämda tryckskill- naden Ap, po =_initialtrycket och n = Cp/Cv, där Cp och Cv = värmekapacitiviteten vid konstant tryck respektive konstant volym för den aktuella gasen i behållaren.

Om det är volymen av en i behållaren innesluten vätska som man önskar bestämma utgör V ett mått på volymen av gasen ovanför vätskan och vätskevolymen erhålles genom att subtrahera V från behållarens totala volym.

Volymen för en i behållaren innesluten icke-kompressibel fast kropp bestämmes på motsvarande sätt.

För att eliminera inverkan av po.n kan man göra två på varandra följande mätningar, där AV för två olika förutbestämaa tryckskilinaaer Ap bestämmas. I detta fall erfordras naturligtvis åtminstone ytterligare en tryckvakt.

I vissa miljöer, där explosionsrisk föreligger, exempelvis i bensintankar, är en elektromagnetisk exci- teringsanordning mindre lämplig och i vissa fall genom lagar och förordningar t o m förbjuden. Vid dessa till- lämpningar kan den i fig l visade exciteringsanordningen ersättas med en anordning, vilken påverkar kolvstången mekaniskt och vilken drivs hydrauliskt eller pneumatiskt, men vilken för övrigt inte ändrar principen för uppfin- ningen.

En anordning enligt föreliggande uppfinning har många fördelar. En mätning, vid vilken Ap hålls konstant, ger stabilare förhållande i behållaren. Vid denna typ av mätning undvikes dessutom problemet med att Ap går mot oändligheten, då tanken blir full och därmed kan också kravet på en tryckmätare med god noggrannhet i ett stort intervall elimineras. I anordningen enligt ' föreliggande uppfinning kan tryckmätaren sålunda utgöras av en enkel tryckvakt. Vidare medger den nya utformningen av anordningen att kolvens slaglängd varieras kontinuer- ligt och i noggrann överensstämmelse med en sinussväng- 10 4soi295 7 ning, varigenom bestämningen av storleken på kolvutslaget förenklas. I en anordning, där kolvens rörelse inte sker på detta exakta sätt, skulle det erfordras en linjär lägesgivare (vilken i och för sig också kan utnyttjas i anordningen enligt föreliggande uppfinning), vilken är mycket dyr.

Den ovan beskrivna utföringsformen av föreliggande uppfinning är naturligtvis bara ett exempel och många modifieringar kan göras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Fjädern kan exempelvis ersättas av flera sammankopplade fjädrar, delarnas inbördes placering ändras etc.

Claims (4)

10 15 20 25 30 .ha Cfi \O LH PATENTKRAV

1. Sätt att mäta volymen (V) av en gas i en behållare, k ä n n e t e c k n a d av att behållarens volym varieras enligt en sinussvängning mellan ett minimalt och ett f maximalt värde, varvid variationen görs med konstant frekvens men med varierande amplitud, för uppnående av en förutbestämd tryckskillnad (Ap); att den mot den förutbestämda tryckskillnaden (Ap) svarande volymskillnaden (AV) bestämmes genom detektering av tidpunkterna för när åtminstone tvâ punkter på sinussvängningen uppnås, vilka punkter motsvarar två förutbestämda värden för behållarens volym; att tiden mellan uppnåendet av de två punkterna på sinussvängningen mätes och användes för beräkning av det maximala och det minimala värdet för den mot den förutbestämda tryckskillnaden (Ap) svarande volymskillnaden (AV); och att volymen (V) beräknas med utgångspunkt från formeln V=AVxpOx n/Ap där po är lika med det statiska trycket och u= Cp/Cv, där Cp och Cv är värmekapacitiviteten vid konstant tryck respektive konstant volym för den aktuella gasen i behållaren.

2. Anordning för mätning av volymen av en gas i en behållare (20) innefattande ett rörformigt hölje (1), vilket vid sin ena ände är anslutet till en öppning i behållaren och i vilket en fram och åter rörlig vägg (2) är fjädrande upphängd, en exciteringsanordning (9) och en i behållaren anordnad tryckmätare (16), k ä n - n e t e c k n a d av åtminstone två lägesdetektorer (13, 14), vilka är anordnade att avge en signal vid den rörliga väggens (2) passage, tidmätorgan för mätning av tiden mellan en signal från den ena lägesdetektorn och en därpå följande signal från den andra lägesdetek- torn, beräkningsorgan (15) för beräkning av den rörliga väggens svängningsamplitud med utgångspunkt från den av tidmätorganet uppmätta tiden samt för beräkning av volymen av gasen i.behå11aren. *av 459 295 9

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a d av att exciteringsanordningen (9) är anordnad att excitera den rörliga väggen (2) medelst korta exci- teringspulser vid lämpliga tidpunkter.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att den rörliga väggens (2) svängningsamplitud är anordnad att varieras genom variation av exciterings- pulsernas bredd och/eller amplitud.