WO2001025770A2 - Messvorrichtung zur erfassung des gasgehalts in fluiden - Google Patents

Messvorrichtung zur erfassung des gasgehalts in fluiden Download PDF

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WO2001025770A2
WO2001025770A2 PCT/EP2000/009286 EP0009286W WO0125770A2 WO 2001025770 A2 WO2001025770 A2 WO 2001025770A2 EP 0009286 W EP0009286 W EP 0009286W WO 0125770 A2 WO0125770 A2 WO 0125770A2
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Berthold Bode
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Flucon Fluid Control Gmbh
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    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor

Definitions

  • Measuring device for measuring the gas content in fluids
  • the invention relates to a measuring device for detecting the gas content in fluids.
  • fluids are selectively supplied with gas, which essentially remains within these fluids and maintains its gaseous state.
  • the materials that absorb the gas can be liquid and in particular also viscous or solid.
  • foams plastics in the flowable processing state are gassed in such a way that real foams are formed from gas bubbles or pores which have grown together and which become stable through crosslinking or cooling.
  • foams can be hard, medium-hard or soft in their final production stages.
  • the gas content of these foams influences various material properties, such as flexural strength, tensile strength, density and hardness.
  • disper ⁇ g Ofs gas may be present, which like the reliability of this working medium in machines and in which they are used, can influence.
  • This gas influences in particular the viscosity, the density, the compressibility and the thermal conductivity of this working medium.
  • Dispersed gas in working media is undesirable when operating many plants or machines.
  • the operational safety of hydraulic controls can be adversely affected by dispersed gas in the hydraulic fluid, since the volume of this hydraulic fluid is considerably increased by iso-encrypted gas.
  • the properties of working media, such as lubricants, hydraulic fluid and the like have a significant influence on the design and construction of machines and systems in many cases, the gas content of these working media also influences the design and construction of such machines and systems.
  • the gas content in such materials should be set depending on the material and, if applicable, the field of application of this material in such a way that it is within certain limits lies. Depending on the material and field of application, these limits can determine a more or less narrow tolerance field around a predetermined value.
  • the gas supply can be adapted to this gas content during the manufacturing process.
  • disturbances such as operational disturbances in the gas supply or the like, can, however, cause the respective actual gas content to deviate from the desired gas content, so that the desired material properties are impaired.
  • the gas content of materials can change during operation.
  • air can penetrate into the hydraulic system in hydraulic controls and thus influence the material characteristics of the hydraulic fluid and impair the operational safety of the hydraulic control.
  • this impairment is often counteracted by that the hydraulic system in certain intervals zeitli ⁇ chen is vented.
  • this often leads to the venting being carried out at the wrong time, so that operational safety is temporarily restricted or unnecessary ventilation processes are initiated.
  • the gas content can only be changed within certain production stages.
  • the gas content can be influenced by appropriate gassing if the base material is in a flowable state, but no longer when it has reached a fixed state.
  • the invention is based on the object of creating a measuring device for detecting the gas content in fluids.
  • the object of this invention is to provide a measuring device for detecting the gas content in fluids, which can determine this gas content in the manufacturing process or in operation.
  • the object is achieved by a measuring device for detecting the gas content in fluids according to claim 1.
  • a method according to the invention is the subject of claim 28 or claim 29.
  • flowing is to be understood in particular to mean any form of movement of a flowable medium.
  • the measuring device can also determine the gas content of a fluid in isolation from such processes, in which case it extends in particular partially into a container or has such a container in which the fluid to be checked for its gas content is located.
  • the first electrically conductive part and the second electrically conductive part can be designed and spaced in a wide variety of ways, so that the space between these electrically conductive parts can also be shaped in a wide variety of ways.
  • the intermediate space can be delimited by the first and the second electrical part essentially enveloping on all sides or limited circumferentially or limited on individual sides.
  • the first and the second part can be aligned with one another in the manner of a plate capacitor or an annular gap capacitor.
  • the first electrically conductive part is preferably tubular and accommodates the second part in its interior, which is preferably elongated, in particular rod-shaped, and extends essentially parallel to the longitudinal axis of the first part, namely concentrically or eccentrically.
  • the potential of the first surface of the first electrically conductive part and the second surface of the second electrical part can differ. At least one electrical characteristic value of the electrical arrangement depends on the composition of the fluid ao to be checked for its gas content and can depend on the Evaluation device, which is designed in particular as an intelligent evaluation device, are determined.
  • This evaluation device preferably has a control device which controls predetermined electrical characteristic values of the electrical arrangement, such as an electrical voltage or an electrical current or an electrical resistance or - in the case of an electrical arrangement operated with alternating current - the frequency of the alternating current or the like.
  • the gas content in the fluid is inferred according to the invention.
  • the electrical arrangement is preferably designed as an alternating current circuit, with the first electrical characteristic value, which is influenced by the composition, that is to say in particular the gas content, of the fluid being particularly preferably the impedance which is between the first surface of the first electrically conductive part and the second Adjust the surface of the second electrically conductive part as a function of the fluid in between to be checked for its gas content.
  • This electrical characteristic value or this impedance is determined or recorded.
  • the reference value, which the fluid is used to determine the gas content in particular a first electrical characteristic value or the impedance, which can be determined by means of a fluid to be ⁇ kanntem gas content or composition known in the electrical arrangement.
  • This electrical characteristic value determined for a fluid with a known composition or known gas content, which is in particular an impedance, is assigned to the composition or the gas r
  • the reference value is, in particular, an electrical characteristic value or an impedance which is intended for an essentially non-foamed medium and / or for gas, ie 100% gas.
  • the reference value can also be determined for one or more other compositions of the fluid.
  • a reference value determination based on an essentially non-foamed or no gas has the advantage that a non-foamed or no gas is provided or can be provided in a particularly simple manner, so that no additional effort is required by providing a Fluids with a certain, known gas content is effected.
  • non-foamed or non-gas-containing plastics and gas are generally used as starting materials. This enables the user of a measuring device according to the invention that he can calibrate the measuring device according to the invention without any special effort using an un-foamed fluid.
  • the calibration can be carried out automatically or interactively. In the context of the present invention, this is explained on the basis of the impedance or its reciprocal, the admittance, which can be determined between the first surface of the first electrically conductive part and the second surface ⁇ of the second electrical part depending on the fluid located therebetween.
  • the invention is not limited to the impedance or de admittance, but that a large number of other electrical characteristic values can also be used in determining the gas content of a fluid.
  • the first and the second electrically conductive part are arranged with respect to one another in such a way that the partial impedance which arises between their surfaces as a function of the fluid located between them can be described as a function of the impedance which is set by gas-free fluid and as a function of the partial impedance which arises as a result of the gas ,
  • the admittance, ie the reciprocal of the impedance is in particular the sum of the partial admittance Y G which is caused by the gas and the partial admittance Y F which is caused by the gas-free fluid.
  • both the pure, ie gas-free fluid and the gas-containing fluid are referred to as fluid.
  • the (total) admittance can thus be represented in a simplified manner in the equivalent circuit diagram as a series connection of the partial aomittances.
  • the (total) impedance or the (total) admittance is determined by the measurement and, if appropriate, the evaluation.
  • the gas content in are determined on its gas content to be checked fluid by impedance the total admittance orPolimpe ⁇ of the fluid is determined mt of unknown composition and unknown gas content and these admittances are evaluated accordingly.
  • D e Gasa ⁇ mittanz can to be determined by the user eo Eckumbleis the erfindungsge ⁇ extent device.
  • the gas admittance can also be predetermined and stored by the manufacturer, which is provided in particular for the case in which the gas concentration sensor, i.e. in particular a device with the first electrically conductive part and the second electrically conductive part, is essentially temperature-independent, that is to say independently of the Temperature of this device, the impedances or.
  • the gas admittance resp. Partial admittance of the gas is essentially independent of the type of gas, in particular the chemical composition of the gas.
  • the calibration using an essentially gas-free fluid is carried out in particular in the temperature range in which the fluid with an unknown gas content is present when it is checked for the gas content.
  • the calibration using the essentially gas - free fluid can be carried out in a narrowly limited temperature range or. be carried out at a certain temperature so that a fluid admittance Y F or associated with this temperature. Fluid impedance is determined, or several fluid ad itances Y F or. Fluid impedances are determined, which are each assigned to the temperature at which they were determined.
  • Further processing can, for example, be designed in such a way that, using the known admittance-temperature pairs, a function is determined by means of suitable methods that describes the relationship between temperature and fluid admittance with the greatest possible accuracy.
  • a function is determined by means of suitable methods that describes the relationship between temperature and fluid admittance with the greatest possible accuracy.
  • the detected value pairs ge ⁇ forms are.
  • these measured value pairs are stored. If, when evaluating the measured values measured for the fluid with an unknown content, at a given temperature or operating temperature, the gas admittance or gas impedance associated with the calibration of this temperature is required, this can be done using suitable methods such as averaging or multiple averaging or linear extrapolation or linear intrapolation or the like.
  • the calibration can thus be carried out in particular in the manner of a heating curve or cooling curve.
  • the temperature gradient is preferably limited and is in particular less than 2 ° C./min., Preferably less than 1 ° C./min., Particularly preferably less than 0.5 ° C./min.
  • the temperature differences between these detected or predetermined temperatures can be constantly spaced apart or can be chosen essentially arbitrarily.
  • the temperatures at which the associated fluid admittances are determined are determined, in particular, as a function of the anticipated operating conditions at which the fluid with an unknown gas content is to be checked for the gas content.
  • the calibration for essentially gas-free fluid is only required once for each fluid, that is to say the fluids which differ in their gas content.
  • the deviation of the fluid impedance or admittance between an unfoamed fluid and a fluid with an unknown gas content is determined in particular.
  • the device according to the invention can have various sensors which detect predetermined operating parameters such as the pressure or the temperature of the fluid to be checked for its gas content.
  • the evaluation device is integrated or is in particular integrated in the first or in the second electrical part accommodated by a separate housing, which is designed, for example, portana.
  • a type of electrode pair is thus provided in particular, which is formed by the first and the second electrically conductive part and - optionally with further components - a measuring sensor or. forms a gas concentration sensor.
  • the first electrical part is preferably arranged outside the second electrical part and acts as a transmitting electrode, while the second electrically conductive part acts as a receiving electrode.
  • the evaluation device is preferably designed electronically and has a microprocessor-controlled frequency generator and a module for digital detection of the complex admittance which acts between the first surface of the first electrically conductive part and the second surface of the second electrically conductive part.
  • the geometrical design of the transducer which has the first and the second electrically conductive part, can be optimized via the spacing and the surface area, especially the surface length, and adapted to the fluid to be checked for its gas content.
  • the length of this measuring sensor and the diameter ratio between the inner diameter of the outer part and the outer diameter of the inner part can be optimized.
  • the PINKÜS & STERNLICHT equation is preferably used to dimension the gap-type sensor. This is:
  • the invention makes it possible to record the degree of foaming or the gas content of fluids, either continuously or selectively.
  • the measuring device according to the invention can be used in isolation to determine the gas content or can be an integral part of flow processes.
  • the measuring device according to the invention can thus be used simultaneously in the production of materials, such as adhesives or foams or the like, and can determine the gas content in the fluid during the production process.
  • the measuring device according to the invention can be used in particular in a control or regulating device, so that the gas content or the gas supply can be regulated as a function of the current gas content during the manufacturing process of materials.
  • the invention is also in the development and construction of machinery and equipment used in which gas ⁇ containing fluids are used to operate.
  • machinery and equipment used in which gas ⁇ containing fluids are used to operate Be exemplary in this regard, engine and transmission development including lubricant design.
  • working media such as lubricants or the like, which are used in the operation of machines and systems
  • the invention can also be used to monitor operational safety and in particular the functionality of machines, systems, hydraulic controls and the like.
  • the times at which the hydraulic system is vented can be determined as a function of the gas content in the hydraulic fluid determined by means of the measuring device according to the invention.
  • z. B. Avoid unnecessary ventilation processes are initiated or ventilation processes desired for operational safety are omitted.
  • the invention also enables a more cost-effective operation of machines, systems, controls and the like, in which the gas content of fluids is important for operational safety.
  • the measuring device according to the invention can also be used in any type of process in which a fluid is fed to a process.
  • the gas content or. the degree of foaming can be determined by means of the measuring device according to the invention, so that on the basis of this determined gas content or. With this degree of foaming, the degree of foaming can be adjusted in a targeted manner, so that an improvement in quality is achieved with reduced production costs. The reduction in production costs is also due in particular to the raw material savings made possible by the measuring device according to the invention.
  • a gas content of a fluid can be determined non-destructively and without any reaction to the fluid.
  • the measuring device preferably has a display device which, in particular, predetermines operating parameters such as the gas content of the fluid at operating pressure or at atmospheric pressure.
  • the sensor that is to say a device which has the first and the second electrically conductive element and is also referred to in the context of the present invention as a gas concentration sensor (CGS sensor), preferably has a tube as the first electrically conductive part which has the inside of it receives the second electrically conductive part, and on which all of the optionally assembled components are arranged fixedly opposite this tube.
  • CGS sensor gas concentration sensor
  • the first and / or the second electrically conductive part is preferably designed, at least with the regions which may extend in a flow channel, in such a way that flow losses which are caused by the first or the second electrical part are kept at least low.
  • the spacing of the first and second electrically conductive elements and the length of the first surface and the second surface of these elements are designed such that the flow losses during operation are kept at least low.
  • the first and / or the second electrically conductive part is preferably tapered outward in the flow direction.
  • the taper is in particular formed like a keg or hemispherical from ⁇ .
  • the measuring device according to the invention can, but need not, be coupled to a control device which controls the operation of the measuring device according to the invention.
  • control and the term derived therefrom in the sense of the present invention 'is to be understood that is, a control in the sense of an open or closed control.
  • the control device for controlling the measuring device is in particular a computer.
  • the measuring device preferably has one or more interfaces via which it can be coupled to external devices such as a computer or the like. These interfaces can be designed as an analog or serial data interface and are preferably freely configurable.
  • the interfaces are configured such that various characteristic values or measured values are displayed, such as the current degree of foaming or gas content of a fluid, the corresponding determined degree of foaming or gas content of this fluid at atmospheric pressure, the operating temperature at a measuring point and the operating pressure at this measuring point.
  • the measuring device can also be operated without connecting a control computer.
  • different menu functions are provided here as insbesonde ⁇ re a menu for displaying / entering Kalib ⁇ erparametern a menu to start calibration, a menu to stop the calibration, a menu from which s let sit ch de gas content display to a predetermined value, a menu, this can be set to a predetermined value, a pressure indicator on wel ⁇ ches, a menu from which to predetermined output values are preferably output analog, configure las ⁇ sen, and s menu for backup.
  • the electrical arrangement is preferably designed as an alternating current circuit, the frequency of the electrical current or of the electrical voltage being able to be varied so that when the gas content of a fluid is determined, the frequency of the voltage or of the current which is applied to the measuring sensor is changed.
  • the measuring device according to the invention can be arranged at least partially within the walls of a flow channel and is optionally attached to the walls of this flow channel.
  • the measuring device preferably extends into or in the flow channel in such a way that at least a part of the fluid flowing through this flow channel can flow past this measuring device outside the measuring device.
  • the measuring device preferably has a fastening device which engages in the first and / or the second part and fixes these parts in their relative position to one another.
  • the predetermined electrical characteristic value that is to say in particular the impedance
  • a corresponding electrical characteristic value that is to say in particular an impedance
  • the new impedance is the impedance, which would be determined at predetermined reference operating parameters, these reference operating parameters differing from the actual operating parameters.
  • it is determined at which operating parameters, such as fluid pressure and / or fluid temperature, the determined electrical parameter, in particular the impedance, was determined.
  • the influence of predetermined operating parameters such as fluid temperature and fluid pressure is taken into account by taking into account main influence parameter or operating characteristic value, the electrical characteristic value is determined, which will be given at predetermined reference operating characteristic values.
  • the gas content can be determined and displayed for the operating parameters at which the gas content was recorded, as well as for reference operating conditions.
  • the gas content is determined for the operating pressure given during the measurement and for atmospheric pressure.
  • a temperature dependency which may be present is particularly preferably taken into account by determining the electrical characteristic value, in particular the impedance, for different fluid temperatures for the same fluid, that is to say in particular a gas-free fluid.
  • the (operating) pressure of the fluid in the flow direction is different within the measuring section, that is to say in the area sensed by the measuring sensor for determining the gas content.
  • the evaluation device preferably has a microcontroller.
  • the object is further achieved by a method according to claim 28.
  • the object is further achieved by a method according to claim 29.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 is a partially sectioned illustration of FIG. 1 ;
  • Fig. 3 shows an exploded view of the illustration according to FIG. 2 in partial view
  • Fig. 4 shows a block diagram of an exemplary evaluation device according to the invention.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a measuring device according to the invention 10 m partial view, which is combined with a measuring tube 12 or. has a measuring tube 12.
  • This measuring tube 12 is formed in its cross section, which extends perpendicular to its longitudinal axis 1 ⁇ , rotationally symmetrically or non-rotationally symmetrically.
  • the measuring tube 12 can what m F g. 1 is not shown, have a round or rectangular or square or polygonal or other cross-section.
  • the measuring tube 12 can be part of an order, not shown, in which flow processes exist, or it can be connected to such an arrangement.
  • a connection 16 for a pressure sensor and a connection 18 for a gas concentration sensor (CGS sensor or measuring sensor) extend into the measuring tube 12.
  • the measuring device 10 also has an evaluation device, which is indicated schematically by the box 20.
  • This evaluation device 20 is shown in FIG. 1 arranged outside the measuring tube 12, however, it can also be arranged menalb of the measuring tube 12.
  • the evaluation device 20 may also include another component m of the M eßvorr ⁇ chtur.g 10 as a sensor or the like may be disposed.
  • the evaluation device 20 is a integral part of the measuring device or detachably coupled to it.
  • connections 16, 18 run essentially perpendicular to the central axis 14 of the measuring tube 12.
  • connections 26, 28 are each formed, which in particular are V-ERMETO screw-in connections and the measuring tube 12 with external components can connect.
  • Fig. 2 shows a partially sectioned view of Fig. I.
  • the wall 42 of the measuring tube 12 enveloping the flow channel indicated by the double arrow 40 has a first through opening 44 and a second through opening 46, which each extend through this wall 42.
  • the connections 16, 18 are in particular firmly connected to the wall 42 of the measuring tube 12.
  • the through openings 44, 46 each have a thread 48, 50, in each of which an external thread 52, 54 of the connections 16, 18 engages.
  • the connections 16, 18, which is not shown in FIG. 2 are sealed off from the outer wall 42 of the measuring tube 12 in particular by means of suitable sealing means.
  • a gas concentration sensor which is also referred to as a measuring sensor or CGS sensor 174, is arranged within the measuring tube 12 and is provided in its entirety with the reference number 56. This gas concentration sensor 56 has a first electrically conductive part 58 and a second electrically conductive part 60.
  • the first electrically conductive part 58 is essentially tubular, the wall 62 of this tube being essentially thin.
  • the wall 62 is less than 15 mm or less than 10 mm or less than 5 mm or we ⁇ niger than 3 mm thick.
  • the wall 62 has a plurality of through openings 64, 66, 68, 70.
  • the tubular first part 58 also has a through opening 72 which extends through this tube in the longitudinal direction. In the end areas 74, 76 This passage opening 72 or in the end regions 78, 80 of the tubular part 58, which is shown in FIG. 3 as an individual part, has threads 82, 84 respectively provided on the wall 62 of the first tubular part 58.
  • a second electrically conductive part 60 which is designed as a rod-shaped body, is arranged within the tube 58.
  • This rod-shaped body has an essentially cylindrical cross section, which is not shown in FIG. 2.
  • the rod-shaped body 60 tapers outwards, in particular in such a way that it is conical and possibly rounded.
  • This rod-shaped body 60 is in particular a so-called flow paraboloid or has a corresponding effect.
  • the rod-shaped body 60 shown as an individual part in FIG. 3 has depressions 100, 102, which are in particular formed like blind holes and are each provided with a thread 104, 106.
  • the rod-shaped body 60 is arranged in the longitudinal direction within the tube 58 in such a way that different passage openings 64, 66 in the wall 62 of the tube 58 with depressions 102, 100 arranged on the outer circumference 90 of the rod-shaped body 60 are aligned so that fastening means 108 can extend through or into these openings 64, 66, 100, 102 and thus fix the rod-shaped body 60 relative to the tube 58.
  • the tube 58 and the rod-shaped body 60 may have a different electrical potential scnes, these are Befe- st Trentsmitt ⁇ l 108 formed such that they act, an insulation effect between the rod-shaped body 60 and the pipe 58 be ⁇ ; for example, insulating bushes are used.
  • the fastening means lean in particular from the outside of the pipe against the outer surface of the Ronres ao and have a thread which is provided with threads 104, 106 Intervene holes 100, 102.
  • spacing means can be provided, but need not, which cause a certain spacing between the rod-shaped body 60 and the tube 58.
  • the fastening means 108 can each be formed in one part or in several parts.
  • the outside diameter of the rod-shaped body 60 which is indicated schematically by a double arrow 112 and is also referred to in the context of the present invention as d 2 with the associated radius r 2 , is smaller than the inside diameter of the tube 58, which is indicated schematically by the arrow 114 is and in the context of the present invention as dj . is designated with the associated radius ri.
  • the tube 58 also has the length li.
  • a space 116 extends through the rod-shaped part 60 and the tube 58 in the radial direction, through which a fluid can flow, which must be checked for its gas content.
  • FIG. 2 also shows that the rod-shaped body 60 is shorter in the longitudinal direction than the tube 58.
  • the threads 82, 84 which are provided in the end regions 78, 80 of the tube 58, each engage, and this is only shown for one side in FIG. 2, in fastening means which are provided with the reference number 118 in their entirety.
  • an insulating bushing 120 which engages in the thread 82, 84 and has a thread 122 for this purpose.
  • the insulating bushing which is substantially rotationally ausg ⁇ sent ⁇ t metric and having a through hole 124 with un ⁇ teretzlichen inner diameters, also has in this through opening 124, which extends in the longitudinal direction of the insulating bushing 120, has a second thread 126 which engages in a thread 128 of a fastening element 130.
  • the fastening element 130 likewise has a through opening 132 which extends in the longitudinal direction. The inside diameter of this through opening is in particular ' stepped, so that different diameters are present in the longitudinal direction of the opening.
  • the fastening element 130 is in particular rotationally symmetrical and has different outside diameters. Furthermore, the fastening element 130 in particular has fastening tabs 134 which are flanged to the fastening element 130 in the circumferential direction as a circumferential web or as individual webs. In the assembled state, these fastening tabs 134 make contact with webs 137, which are connected to the outer wall 62 of the tube 58 and, in particular, extend radially inwards from this outer wall 62.
  • the webs 137 can be designed in such a way that they represent a closed surface, that is to say in particular are designed in the form of a ring, or consist of a plurality of individual webs, so that, during a flow process, fluid flows into the intermediate region 136, which is outside the tube 58 extends between this tube and the wall 42 of the measuring tube, can penetrate.
  • connection for the pressure sensor or a pressure sensor extends through the opening 70 and can detect the pressure of the fluid in the intermediate space 116 between the rod-shaped body 60 and the pipe 58.
  • a temperature sensor (not shown) extends through the opening 68 and is connected to the connection 18 m. This temperature sensor, not shown, can detect the temperature of the fluid to be checked for its gas content within the tube 58.
  • the connection 18 is also connected to the gas concentration sensor in such a way that the gas concentration sensor or the measuring sensor 56 m is electrically integrated into an electrical arrangement.
  • the gas concentration sensor 56 is designed as a kind of annular gap capacitor, so that the admittance or impedance which arises on this capacitor and which depends on the composition of the fluid which is in the annular gap, in particular also on the gas content of this fluid.
  • the tube 58 is electrically separated from the measuring tube 12 or the evaluation device 20 by means of insulating means or an insulating bushing 120.
  • the tube 58 can extend concentrically around the rod-shaped body 60. However, this is not absolutely necessary since in the case of an annular gap capacitor the impedance or admittance is essentially not influenced by excentrities, that is to say an inner body 58 which is not arranged concentrically.
  • the tube 58 and the rod-shaped body 60 are made of a material which is selected such that the measured impedances are essentially not subject to a temperature influence caused by the gas concentration sensor 56.
  • the evaluation device 20 can apply an alternating current to the gas concentration sensor via a signal connection, not shown, so that the impedance which arises as a result of this alternating current can be detected at the gas concentration sensor.
  • a tunable frequency generator can be used, which in particular has a downstream impedance or admittance module.
  • the frequencies of the frequency generator or the frequencies specified by the frequency generator are selected in a suitable manner in particular as a function of the fluid to be checked for its gas content, in such a way that admittances at the gas concentration sensor 56 result, where possible, in which, depending on the gas content, any significant changes in accuracy are necessary , so in particular changes in the admittances or impedances.
  • the frequency of the alternating current can for example be low, e.g. B. are below 100 Hz, so that practically only the real portion of the resistance of an electrically conductive liquid can be determined.
  • the tuning can take place at different frequencies by means of a digital synthesizer.
  • the impedances or admittances of the fluid located in the intermediate space 116 determined in the evaluation device 20 are used to determine the gas content of this fluid.
  • the operating temperature of the fluid measured by means of the temperature sensor and the operating pressure of the fluid measured by means of the pressure sensor are taken into account.
  • Reference values are also taken into account. These reference values are in particular impedances which have been determined for this fluid in the gas-free state. A plurality of reference values are preferably used, which differ in that the impedance or admittance of this fluid was determined at different temperatures of the reference fluid, ie the gas-free fluid.
  • admittance or impedance for a gas is ascertained, it basically not depending on the type of gas, ie its chemical composition, but only on the gaseous state.
  • the gas content can be deduced by detecting the impedance or admittance of a fluid of unknown composition. This gas content is displayed in volume percent.
  • a gegebe ⁇ appropriate, best end Druckjank ⁇ it can take into account the ⁇ by the respective values to atmospheric pressure in accordance with a predetermined characteristic can be converted. This also enables the gas content determined to be compared at different operating pressures. The operating pressure is recorded via the pressure sensor.
  • the operating temperature 'of the fluid is determined by means of an unillustrated temperature sensor. From the respectively different (reference) temperatures assigned reference values can then be used for evaluation the reference values which are assigned to a reference temperature which corresponds to the detected operating temperature. If no reference temperature corresponding to the determined operating temperature is provided, the corresponding reference impedance or the reference gas content can be determined by means of suitable methods or calculations, such as estimation or linear extrapolation or linear interpolation or the like, using the provided remote temperature or reference temperature.
  • the mechanical components of the measuring device according to the invention are preferably made of stainless steel.
  • the insulating means and in particular the insulating sleeve 120 are preferably made of a high quality plastic.
  • Fig. 3 shows a partially sectioned exploded view of a measuring device according to the invention.
  • the rod-shaped body 60 For mounting the rod-shaped body 60 is pushed in the direction of arrow 150 into the tube 58 and axially over the st Trentsstoff BEFE ⁇ 108 which extends through the fürgangsöffnun- gen 64, 66 extend into the holes 100, 102 and which are insulated, attached.
  • This attachment is preferably designed as a screw attachment.
  • Other types of fastening, such as by means of an interference fit or the like, are also preferred according to the invention.
  • an insulating bushing 120 is fastened to the tube 58, into which a fastening element 130 engages, which is located on the outside, which extends via webs 137, not shown is connected to a measuring tube 12, also not shown.
  • the connection between the webs 137 and the fastening tabs 134 of the fastening element 130 can be designed, for example, as a screw connection or a welded connection or a press fit or the like.
  • a pressure sensor connected to the connection 16 extends through the through opening 70 of the wall 62 of the tube 58, so that this pressure sensor can detect the fluid pressure in the interior of the tube.
  • FIG. 4 shows a block diagram of an evaluation unit, which can also perform control tasks and which can check the admittance of a fluid to be checked for its gas content, which is arranged in the space between a first 58 and a second electrically conductive part 60.
  • admittance is in particular complex admittance, that is to say a complex variable.
  • the evaluation device can, in particular, automatically determine the complete admittance and has a microcontroller.
  • a RAM, an EPROM and / or an EEPROM memory is integrated in this microcontroller.
  • This microcontroller 170 is in signal connection with other components. For this purpose, data lines can be provided, or the ⁇ Signal transmission can take place without contact.
  • the microcontroller 170 is connected to a frequency generator.
  • the frequency generator 172 generates an output signal, which is in particular sinusoidal. This output signal has a predetermined frequency, which in particular can be varied. In particular, the frequency generator 172 has a working range from 1 Hz to 100 kHz.
  • the output signal of the frequency generator is transmitted to a CGS sensor or a measuring sensor 174, which in particular is arranged and can be designed as described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • This CGS sensor 174 generates output signals which are transmitted to an impedance converter 180 by means of an analog switch 178.
  • the analog switch 178 is in particular in signal connection with the microcontroller 170.
  • a signal generated by a pressure sensor 176 which is arranged in particular in the manner as explained with reference to FIGS. 1 to 3, can also be transmitted to the impedance converter 180.
  • the impedance converter 180 generates an output signal which is fed to a module 182 which determines the admittance of a fluid which is arranged in a space between a first electrical element 58 and a second electrically conductive element 60 of the CGS sensor 174, in particular both the amount as well as the phase position of this admittance.
  • the module 182 also determines this admittance as a function of the excitation signal which was generated by the frequency generator 172. For this purpose, this respective excitation signal is also transmitted to module 182, as indicated by arrow 184.
  • an output signal of the block 182 may be a function of the Weg- stands of the analog switch 186 to the A / D converter 188 übertra ⁇ so that the input signal is digitized in the A / D converter 188, and therefore a digitized output signal is provided, approx.
  • Analog switch 186 is also in signal connection with microcontroller 170.
  • the digitized output signal of the A / D converter 188 is transmitted to the microcontroller 170 by means of a BU ⁇ system.
  • microcontroller 170 is connected to the frequency generator 172 and the A / D converter 188 via data lines, the microcontroller 170 is connected to the analog switch 178 or the analog switch 186 via control lines, as is schematically indicated by the arrows 190, 191.
  • control lines or data lines are spoken in the context of this disclosure - the signal transmission can take place in each case via embodied lines or the like or without contact by suitable devices.
  • the microcontroller 170 can control whether the analog switch 178 is an output signal of the CGS sensor 174, in particular a signal which indicates the complex admittance, or an Output signal of the pressure sensor 176, in particular a signal which indicates, receives and processes the operating pressure in the measuring tube 12 or the operating pressure in the tube 58.
  • the microcontroller 170 may steu ⁇ rn via the control line 190 if the analog switch 186, an output signal of the block 182, which depen the operating pressure ⁇ can gen or may depend on the admittance or an output signal of the temperature sensor 194, which, in particular, the operating temperature in the measuring tube 12 or in the tube 58, transmitted to the A / D converter 188.
  • controller 170 Based on the transmitted to the analog switch 186 and to the A / D converter 188 by the block 182 signals controller 170 certain predetermined Fiuidkennock micro ⁇ as to ⁇ particular the gas content of the fluid.
  • This gas content can be used for the operating pressure or, if appropriate, provided conversion for a reference pressure, such as atmospheric pressure.
  • the microcontroller 170 controls the analog switch 186 so that the latter transmits the output signals of the temperature sensor 192 to the A / D converter 188 instead of the signals supplied by module 182.
  • the microcontroller 170 controls the analog switch 186 so that the latter transmits the output signals of the temperature sensor 192 to the A / D converter 188 instead of the signals supplied by module 182.
  • the microcontroller 170 controls a bus driver 194, which generates an interface signal on the output side, which is in particular a standardized RS232 interface signal. This interface signal can be used to couple the evaluation device to a computer.
  • the microcontroller 170 is also connected to a module 196 which has a digital / analog converter and a voltage / current converter connected downstream of it.
  • this module 196 provides signals which indicate predetermined operating parameters, in particular the gas content in the fluid to be checked for its gas content.
  • This from ⁇ output signals are provided in particular as voltage signals or as Stromsignal ⁇ .
  • the output signals can be provided as a 0 to 10 volt signal or as a 4 to 20 mA signal.
  • the module 196 with a process control device, which forms in particular analogously to be ⁇ is to be coupled.
  • This process not shown Gel device can have a wide variety of functions, such as the control or. Regulation of the gas supplied to a manufacturing process, with which a fluid is to be gassed.
  • end area of 72 measuring device 76 end area of 72 direction 78 end area of 58 measuring tube 80 end area of ⁇ 58 longitudinal axis of 12 82 thread of 62 connection for pressure sensor 84 thread of 62 connection for temperature sensor 86 end area of 60 sensor and CGS sensor 88 End area of 60 evaluation device 90 outer circumference of 60 end of 12 100 recesses m 60 end of 12 102 recesses m 60 connection of 12 10 * thread in 60 connection of 12 106 thread m 60 V-ERMETO screw connection 108 fastener V-ERMETO screw connection 112 Outside diameter of 60 flow channel 114 inside diameter of 58 wall of 12 116 space between 58 through opening m 42 and 60 through opening m 42 118 fastening means thread from 44 120 insulating bushing thread from 46 122 thread outside thread from 18 124 through opening m 120 outside thread from 16 126 second container Gas concentration sensor, 128 threads

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Erfassung des Gasgehalts in Fluiden mit einer elektrischen Anordnung, einer Auswerteeinrichtung sowie zwei elektrisch leitenden Teilen mit jeweils einer Fläche, zwischen welchen ein Fluid angeordnet werden kann sowie ein Verfahren zur Ermittlung des Gasgehalts eines Fluids.

Description

MeJä orrichtung zur Erfassung des Gasgehalts in Fluiden
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Erfassung des Gasgehalts in Fluiden.
Bei der Herstellung verschiedenster Werkstoffe wird Fluiden gezielt Gas zugeführt, welches im wesentlichen innerhalb dieser Fluide verbleibt und seinen gasförmigen Zustand behält. In den Fertigungsendstufen können die das Gas aufnehmenden Materialien flüssig und insbesondere auch zähflüssig oder fest sein.
So werden beispielsweise bei der Herstellung von Schaumstoffen Kunststoffe im zähfließbaren Verarbeitungszustand derart be- gast, daß echte Schäume aus zusammengewachsenen Gasblasen oder Poren entstehen, welche durch Vernetzen oder Abkühlen standfest werden. Diese Schaumstoffe können in Ihren Fertigungsendstufen hart, mittelhart oder weich sein. Der Gasgehalt dieser Schaumstoffe beeinflußt verschiedene Materialkennwerte, wie die Biegesteifigke t, die Zugfestigkeit, die Dichte und die Härte.
Überdies kann in den verschiedensten Arbeitsmedien, wie Schmierstoffen, Hydraulikflüssigkeiten und dergleichen, disper¬ giertes Gas vorhanden sein, welches die Betriebssicherheit dieses Arbeitsmediums in Maschinen und dergleichen, in welchen sie eingesetzt werden, beeinflussen kann. Dieses Gas beeinflußt insbesondere die Viskosität, die Dichte, die Kompressibilität und die Wärmeleitfähigkeit dieses Arbeitsmediums. Dispergiertes Gas in Arbeitsmedien ist beim Betrieb vieler Anlagen oder Maschinen unerwünscht. Beispielsweise kann die Betriebssicherheit von hydraulischen Steuerungen durch dispergiertes Gas in dem Hydraulikfluid beeinträchtigt werden, da das Volumen dieses Hydraulikfluids durch isoercfiertes Gas erheblich erhöht wird. Da die Eigenschaften von Arbeitsmedien, wie Schmierstoffen, Hy- draulikfluid und dergleichen, bei der Auslegung und Konstruktion von Maschinen und Anlagen in vielen Fällen einen wesentlichen Einfluß hat, beeinflußt auch der Gasgehalt dieser Arbeitsmedien die Auslegung und Konstruktion derartiger Maschinen und Anlagen.
Da der Gasgehalt von Werkstoffen deren Werkstoffkennwerte beeinflußt und darüber hinaus einen Einfluß auf die Betriebssicherheit von technischen Anwendungen mit derartigen Werkstoffen haben kann, sollte der Gasgehalt in derartigen Werkstoffen in Abhängigkeit des Werkstoffs und gegebenenfalls des Anwendungsgebiets dieses Werkstoffs derart eingestellt sein, daß er innerhalb bestimmter Grenzen liegt. Je nach Werkstoff und Anwendungsgebiet können diese Grenzen ein mehr oder weniger enges Toleranzfeld um einen vorbestimmten Wert bestimmen.
Sofern ein bestimmter Gasgehalt eines Werkstoffs gewünscht wird, kann die Gaszufuhr im Rahmen des Herstellungsprozesses an diesen Gasgehalt angepaßt werden. Verschiedenste Störgrößen, wie Betriebsstörungen bei der Gaszufuhr oder dergleichen, können jedoch bewirken, daß der jeweilige Ist-Gasgehalt vom angestrebten Soll-Gasgehalt abweicht, so daß die angestrebten Werkstoffkennwerte beeinträchtigt werden.
In vielen Anwendungsgebieten kann sich jedoch der Gasgehalt von Werkstoffen auch während des Betriebs verändern. So kann beispielsweise in hydraulischen Steuerungen Luft in das Hydrauliksystem eindringen und somit die Werkstoffkennwerte des Hydrau- likfluids beeinflussen und eine Beeinträchtigung der Betriebssicherheit der hydraulischen Steuerung bewirken. Im Beispiel der hydraulischen Steuerung wird dieser Beeinträchtigung häufig dadurch begegnet, daß das Hydrauliksystem in gewissen zeitli¬ chen Abständen entlüftet wird. Bei unzureichender Kenntnis über den aktuellen Gasgehalt führt dieses jedoch häufig dazu, daß die Entlüftung zum falschen Zeitpunkt vorgenommen wird, so daß die Betriebssicherheit vorübergehend eingeschränkt wird oder unnötige Entlüftungsvorgange eingeleitet werden.
Insbesondere bei Werkstoffen, die nach Abschluß des Herstellungsprozesses fest und gashaltig sind, laßt sich der Gasgehalt nur innerhalb bestimmter Fertigungsstufen verändern.* So läßt sich bei der Schaumstoffherstellung der Gasgehalt durch entsprechende Begasung beeinflussen, wenn der Grundstoff in einem fließfähigen Zustand ist, jedoch nicht mehr, wenn er einen festen Zustand angenommen hat.
Der Erfindung liegt αaher die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zur Erfassung des Gasgehalts m Fluiden zu schaffen. Gemäß einem besonderen Aspekt αer Erfindung liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zum Erfassen des Gasgehalts in Fluiden zu schaffen, welche diesen Gasgehalt im Herstellungsprozeß oder im Betrieb ermitteln kann.
Die Aufgabe wird gelost durch eine Meßvorrichtung zur Erfassung des Gasgehalts m Fluiden gemäß Anspruch 1.
Ein erfmdungsgemaßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 28 oder des Anspruchs 29.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der ünteranspruche. Erfmdungsgemaß wird eine Meßvorrichtung vorgeschlagen, welche eine elektrische Anordnung, eine Auswerteeinrichtung sowie ein erstes, elektrisch leitendes Teil mit einer ersten Fläche und ein zweites elektrisches Teil mit einer zwei¬ ten Flacne auf eist. Zwiscnen diesen Flachen der elektrisch leitenden Teile, welche jeweils ein elektrisches Potential auf¬ weisen, erstreckt sich ein Zwiscnenraum, m welchem das auf seinen Gasgehalt zu überprüfende Fluid aufgenommen werden kann. Das Fluid kann durch diesen Zwischenraum strömen oder in diesem Zwischenraum im wesentlicnen unbewegt angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann somit insbesondere in Herstellungs- oder Betriebseinrichtungen integriert werden, in welchen Stromungsprozesse gegeben sind und während des Strömungsprozesses den Gasgehalt des strömenden Mediums erfassen.
Im Sinne der Erfindung ist unter "strömend" inbesondere jegliche Form der Bewegung eines fließfähigen Mediums zu verstehen.
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann jedoch auch isoliert von derartigen Prozessen den Gasgehalt eines Fluids bestimmen, wobei sie sich dabei inbesondere teilweise in ein Behältnis erstreckt oder ein derartiges Behältnis aufweist, in welchem sich das auf seinen Gasgehalt zu überprüfende Fluid befindet.
Das erste elektrisch leitende Teil und das zweite elektrisch leitende Teil können auf unterschiedlichste Weise ausgebildet und beabstandet sein, so daß der Zwischenraum zwischen diesen elektrisch leitenden Teilen ebenfalls auf unterschiedlichste Weise geformt sein kann. Der Zwischenraum kann durch das erste und das zweite elektrische Teil im wesentlichen nach allen Seiten umhüllend begrenzt werden oder umfangsmäßig begrenzt werden oder zu einzelnen Seiten begrenzt werden. Insbesondere können das erste und das zweite Teil plattenkondensatorartig oder ringspaltkondensatorartig zueinander ausgerichtet sein.
Bevorzugt ist das erste elektrisch leitende Teil rohrförmig ausgebildet und nimmt in seinem Innenraum das zweite Teil auf, welches vorzugsweise länglich, insbesondere stabartig, ausgebildet ist und sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des ersten Teils erstreckt, und zwar konzentrisch oder exzentrisch.
Das Potential der ersten Fläche des ersten elektrisch leitenden Teils und der zweiten Flache des zweiten elektrisch Teils kann sich unterscheiden. Wenigstens ein elektrischer Kennwert der elektrischen Anordnung hangt von der Zusammensetzung des auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids ao und kann von der Auswerteeinrichtung, welche insbesondere als intelligente Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, ermittelt werden.
Diese Auswerteeinrichtung weist vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung auf, welche vorbestimmte elektrische Kennwerte der elektrischen Anordnung, wie eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom oder einen elektrischen Widerstand oder - im Falle einer mit Wechselstrom betriebenen elektrischen Anordnung - die Freguenz des Wechselstroms oder dergleichen, steuert .
In Abhängigkeit des ermittelten elektrischen Kennwerts sowie wenigstens eines Referenzwerts wird erfindungsgemäß auf den Gasgehalt im Fluid geschlossen.
Vorzugsweise ist die elektrische Anordnung als Wechselstromkreis ausgebildet, wobei besonders bevorzugt der erste elektrische Kennwert, welcher durch die Zusammensetzung, also insbesondere dem Gasgehalt, des Fluids beeinflußt wird, die Impedanz ist, welche sich zwischen der ersten Fläche des ersten elektrisch leitenden Teils und der zweiten Fläche des zweiten elektrisch leitenden Teils in Abhängigkeit des sich dazwischen befindlichen, auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids einstellt.
Dieser elektrische Kennwert bzw. diese Impedanz wird ermittelt bzw. erfaßt.
Der Referenzwert, welcher zur Ermittlung des Gasgehalts des Fluids verwendet wird, ist insbesondere ein erster elektrischer Kennwert bzw. die Impedanz, welcher mittels einem Fluid mit be¬ kanntem Gasgehalt bzw. bekannter Zusammensetzung in der elektrischen Anordnung ermittelt werden kann. Dieser für ein Fluid mit bekannter Zusammensetzung bzw. bekanntem Gasgehalt ermittelte elektrische Kennwert, welcher insbesondere eine Impedanz ist, ist unter Zuordnung zu der Zusammensetzung bzw. dem Gasge- r
0 halt in der Auswerteeinrichtung vorbekannt und kann mittels der erfindungsgemaßen Meßvorrichtung gemessen worden sein oder auf sonstige Weise bereitgestellt und insbesondere gespeichert sein. Der Referenzwert ist insbesondere ein elektrischer Kennwert bzw. eine Impedanz, die für ein m wesentlichen unver- schaumtes Mediums und/oder die für Gas, also 100% Gas bestimmt ist .
Der Referenzwert kann auch für eine oder mehrere andere Zusammensetzungen des Fluids bestimmt werden. Eine Referenzwertbestimmung auf Basis eines im wesentlichen unverschaumten bzw. kein Gas aufweisenden Fluids weist für viele Anwendungsfalle den Vorteil auf, daß ein unverschaumtes bzw. kein Gas aufweisendes Fluid ohnehin bereitgestellt ist oder besonders einfach bereitgestellt werden kann, so daß kein zusatzlicher Aufwand durch die Bereitstellung eines Fluides mit bestimmtem, bekanntem Gasgehalt bewirkt wird.
Insbesondere bei der Herstellung von Schaumstoffen werden in der Regel unverschaumte bzw. nicht-gashaltige Kunststoffe sowie Gas als Ausgangsmateπalien eingesetzt. Dies ermöglicht dem Anwender einer erfindungsgemaßen Meßvorrichtung, daß er ohne besonderen Aufwand mittels eines unverscnaumten Fluids die erfm- dungsgemaße Meßvorrichtung kalibrieren kann.
Die Kalibrierung kann automatisch oder interaktiv durchgeführt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der Impedanz oder dessen Kehrwert, der Admittanz, welche zwischen der ersten Flache des ersten elektrisch leitenden Teils und der zweiten Flache αes zweiten elektrischen Teils in Abhängigkeit des sich dazwischen befindlichen Fluids ermittelt werden kann, erläutert. Es se jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die Impedanz bzw. d e Admittanz beschrankt ist, sondern auch eine Vielzahl anderer elektrischer Kennwerte bei der Ermittlung des Gasgehalts eines Fluids verwendet werden können. Das erste und das zweite elektriscn leitende Teil sind derart zueinander angeordnet, daß die sich zwischen deren Flachen in Abhängigkeit des dazwiscnen befindlichen Fluids einstellende Teilimpedanz m Abhängigkeit von cer sicn durch gasfreies Fluid einstellenden Impedanz sowie m Abhängigkeit von der sich infolge des Gases einstellenden Teilimpedanz beschreiben laßt. Dabei ist d e Admittanz, also der Kehrwert der Impedanz, insbesondere die Summe aus der Teiladmittanz YG, welche durch das Gas bewirkt wird, und der Teiladmittanz YF, welche durch das gasfreie Fluid bewirkt wird.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß im Sinne der vorliegenden Erfindung als Fluid sowohl das reine, also gasfreie Fluid bezeichnet wird, wie auch das gashaltige Fluid.
Die (Gesamt ) admittanz laßt sich somit im Ersatzschaltbild als Hintereinanderschaltung der Teilaomittanzen vereinfacht darstellen.
Durch die Messung und gegebenenfalls die Auswertung wird die (Gesamt) impedanz bzw. die (Gesamt ) admittanz ermittelt.
Somit wirkt im Grenzfall des gasgefullten Meßsystems nur die Admittanz des Gases, wahrend im Grenzfall des mit einem unver- schaumten Fluid gefüllten Zwiscnenraums nur die Admittanz des unverscnaumten Fluides wirkt.
Mittels dieser m diesen Grenzfallen gegebenen Admittanzen kann der Gasanteil im auf seinen Gasanteil zu überprüfenden Fluid bestimmt werden, indem die Gesamtadmittanz bzw. die Gesamtimpe¬ danz des Fluides m t unbekannter Zusammensetzung bzw. unbekanntem Gasgehalt ermittelt wird und diese Admittanzen entsprechend ausgewertet werden.
D e Gasaαmittanz kann dazu eoenfalls mitteis der erfindungsge¬ maßen Vorrichtung vom Anwender ermittelt werden. Insbesondere die Gasadmittanz kann jedoch auch herstellerseitig bereits vorgegeben und gespeichert sein, was insbesondere für den Fall vorgesehen ist , daß der Gaskonzentrationssensor, also insbesondere eine Einrichtung mit dem ersten elektrisch leitenden Teil und dem zweiten elektrisch leitenden Teil , im wesentlichen temperaturunabhängig, also unabhängig von der Temperatur dieser Einrichtung, die Impedanzen bzw . Admittanzen ermittelt . Die Gasadmittanz bzw . Teiladmittanz des Gases ist dabei im wesentlichen unabhängig von der Art des Gases , also insbesondere der chemischen Zusammensetzung des Gases .
Die Kalibrierung mittels eines im wesentlichen gasfreien Fluids wird insbesondere in dem Temperaturbereich durchgeführt , im welchem das Fluid mit unbekanntem Gasgehalt gegeben ist , wenn es auf den Gasgehalt überprüft wird .
Die Kalibrierung mittels des im wesentlichen gasfreien Fluids kann dabei in einem eng begrenzten Temperaturbereich bzw . bei einer bestimmten Temperatur durchgeführt werden, so daß eine dieser Temperatur zugeordnete Fluidadmittanz YF bzw . Fluid- impedanz ermittelt wird, oder es können in einem vorbestimmten Temperaturbereich mehrere Fluidad ittanzen YF bzw . Fluidimpe- danzen ermittelt werden, die j eweils der Temperatur zugeordnet werden, bei welcher sie ermittelt wurden .
Im letztgenannten Fall werden diese einzelnen Fluidadmittanzen YF unter Zuordnung zur Temperatur abgespeichert und/oder weiterverarbeitet .
Eine Weiterverarbeitung kann beispielsweise derart gestaltet sein, daß anhand der somit bekannten Admittanz-Temperaturpaare mittels geeigneter Verfahren eine Funktion ermittelt wird, die den Zusammenhang zwischen Temperatur und Fluidadmittanz mit möglichst hoher Genauigkeit beschreibt . Insbesondere ist bevor¬ zugt , daß Ausgleichskurvεn annanc der erfaßten Meßwertpaare ge¬ bildet werden . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Meßwertpaare gespeichert. Sofern dann beim Auswerten der Meßwerte, die beim Fluid mit unbekanntem ^asgehalt gemessen wurden, bei vorgegebener Temperatur bzw. Betriebstemperatur, die im Rahmen der Kalibrierung dieser Temperatur zugeordnete Gasadmittanz bzw. Gasimpedanz benötigt wird, kann diese mittels geeigneter Verfahren wie Mittelwertbildung bzw. mehrfacher Mittelwertbildung oder linearer Extrapolation oder linearer Intrapolation oder dergleichen ermittelt werden.
Die Kalibrierung kann somit insbesondere nach Art einer Aufheizkurve bzw. .Abkühlkurve vorgenommen werden. Vorzugsweise ist der Temperaturgradient dabei beschränkt und ist insbesondere kleiner als 2°C/min., vorzugsweise kleiner als 1°C/min., besonders bevorzugt kleiner als 0,5°C/min. Die Temperaturdifferenzen zwischen diesen erfaßten bzw. vorgegebenen Temperaturen können konstant beabstandet sein oder im wesentlichen willkürlich gewählt sein. Die Temperaturen, bei welchen die zugehörigen Fluidadmittanzen ermittelt werden, werden insbesondere in Abhängigkeit der voraussichtlichen Betriebsgegebenheiten ermittelt, bei welchen das Fluid mit unbekanntem Gasgehalt auf den Gasgehalt überprüft werden soll.
Die Kalibrierung für im wesentlichen gasfreies Fluid ist für jedes Fluid, also die Fluide, welche sich durch ihren Gasgehalt unterscheiden, nur einmal erforderlich.
Erfindungsgemäß wird also insbesondere die Abweichung der Flui- dimpedanz bzw. -admittanz zwischen einem unverschäumten Fluid und einem Fluid mit unbekanntem Gasgehalt ermittelt.
Die erfindungsgεmäße Vorrichtung kann verschiedene Sensoren aufweisen, welche vorbestimmte Betriebskennwerte wie den Druck oder die Temperatur, des auf ihren Gasgehalt zu überprüfenden Fluids erfassen. Die Auswerteeinrichtung ist insbesondere im ersten oder im zweiten elektrischen Teil integriert oder wird von einem separaten Gehäuse aufgenommen , welches beispielsweise portabei ausgebildet ist .
Erf indungsgemaß ist also insbesondere e ne Art Elektrodenpaar vorgesehen , welches von dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Teil gebildet wird und - gegebenenfalls mit weiteren Bauelementen - einen Meßaufnehmer bzw . einen Gaskonzentrationssensor bildet .
Vorzugsweise ist dabei das erste elektrische Teil außerhalb des zweiten elektrischen Teils angeordnet und wirkt als Sendeelektrode , wahrend das zweite elektrisch leitende Teil als Empfangselektrode wirkt .
Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise elektronisch ausgebildet und weist einen mikroprozessorgesteuerten Freguenzgenerator und ein Modul zur digitalen Erfassung der komplexen Admittanz, welche zwischen der ersten Flache des ersten elektrisch leitenden Teils und der zweiten Flache des zweiten elektrisch leitenden Teils wirkt , auf .
Die geometrische Auslegung des Meßauf nehmers , welcr.e das erste und das zweite elektriscn leitende Te l aufweist , Kann über die Beabstandung und die Flachengroße, msoesondere αie Flächenlange, optimiert und an das auf seinen Gasgehalt zu überprüfende Fluid angepaßt werden . Beispielsweise können bei einem ring- spaltkondensatorartig ausgebildeten Meßaufnehmer die Lange dieses Meßaufnehmers sowie das Durchmesserverhaltnis zwischen dem Innendurchmesser des außenliegenden Teils und dem Außendurchmesser des innenliegenden Teils optimiert werden .
Hierbei ist insbesondere zu beachten, daß mit abnenmender Rohrlange , also der Lange des ersten elektrisch leitenden Teils , und mit zunehmender Spaltweite, also Beabstandung zwischen dem ersten ele ktriscnen Te l und dem zweiten elektrischen Teil em scnlechteres , msoesondere verlängertes , Nutzs gna_ bewirkt wird, während, durch jeweils gegenläufige Maße, die Druckyerlu- ste entlang der Meßstrecke steigen.
Vorzugsweise wird zur Dimensionierung des spaltkondensatorartig ausgebildeten Meßaufnehmers die Gleichung nach PINKÜS & STERNLICHT verwendet. Diese lautet:
Figure imgf000013_0001
mit rl: Innenradius der Rohres (erstes Teil); r2 : Außenradius des sich innerhalb des Rohres in
Längsrichtung erstreckenden Stabes; p: Druckabfall im Rohr; dV/dt: Volumenstrom; und (: Viskosität des Fluids
Die Erfindung ermöglicht, den Verschäumungsgrad bzw. den Gasgehalt von Fluiden zu erfassen, und zwar kontinuierlich oder punktüell. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann isoliert zur Bestimmung des Gasgehalts verwendet werden oder integrierter Bestandteil von Strömungsprozessen sein. Somit kann die erfindungsgemäße Meßvorrichtung simultan bei der Herstellung von Werkstoffen, wie Klebstoffen oder Schaumstoffen oder dergleichen, verwendet werden, und während des Herstellungsprozesses den Gasgehalt im Fluid ermitteln. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann dabei insbesondere in einer Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung verwendet werden, so daß während des Her- stellungsprozesses von Werkstoffen der Gasgehalt bzw. die Gaszufuhr in Abhängigkeit des aktuellen Gasgehaltes geregelt werden kann.
Die Erfindung läßt sich ferner bei der Entwicklung und Konstruktion von Maschinen und Anlagen verwenden, bei welchen gas¬ haltige Fluide zum Betrieb eingesetzt werden. Beispielhaft sei diesbezüglich die Motor- und Getriebeentwicklung inklusive der Schmierstoff auslegung genannt .
Überdies lassen sich mittels der Erfindung auf einfache Weise Arbeitsmedien, wie Schmierstoffe oder dergleichen auslegen, die beim Betrieb von Maschinen und Anlagen verwendet werden . Die Erfindung kann ferner zur Überwachung der Betriebssicherheit und insbesondere der Funktionalität von Maschinen, Anlagen, hydraulischen Steuerungen und dergleichen verwendet werden. So können insbesondere bei hydraulischen Steuerungen die Zeitpunkte, zu denen das Hydrauliksystem entlüftet wird, in Abhängigkeit des mittels der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ermittelten Gasgehalts im Hydraulikf luid bestimmt werden . Hierdurch kann z . B . vermieden werden, daß unnötige Entlüftungsvorgänge eingeleitet werden oder für die Betriebssicherheit gewünschte Entlüftungsvorgänge unterlassen werden .
Die Erfindung ermöglicht ferner einen kostengünstigeren Betrieb von Maschinen, Anlagen, Steuerungen und dergleichen, bei welchen der Gasgehalt von Fluiden für die Betriebssicherheit bedeutend ist .
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung läßt sich ferner bei j eglicher Art von Prozessen verwenden, bei welchen ein Fluid einem Prozeß zugeführt wird . Beispielsweise kann beim Auftragen eines Klebstoffes der Gasgehalt bzw . der Verschäumungsgrad mittels der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ermittelt werden, so daß anhand dieses ermittelten Gasgehalts bzw . dieses Verschäumungs- grades der Verschäumungsgrad gezielt eingestellt werden kann, so daß eine Qualitätsverbesserung bei reduzierten Produktionskosten bewirkt wird. Die Reduzierung der Produktionskosten ist insbesondere auch auf die Rohstoff einsparung zurückzuführen, welche durch die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ermöglicht wird. Mittels der erfindungsgemaßen Meßvorrichtung kann ein Gasgehalt eines Fluids zerstörungsfrei und ohne Rückwirkung auf das Fluid ermittelt werden.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung eine Anzeigeeinrichtung auf, welche insbesondere vorbestirnmte, Betriebskennwerte, wie den Gasgehalt des Fluids bei Betriebsdruck oder bei Atmosphärendruck anzeigt. Bevorzugt weist der Meßaufnehmer, also eine Einrichtung, welche das erste und das zweite elektrisch leitende Element aufweist und im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Gaskonzentrationssensor (CGS-Sensor) bezeichnet wird, als erstes elektrisch leitendes Teil ein Rohr auf, welches in seinem Inneren das zweite elektrisch leitende Teil aufnimmt, und an welchem sämtliche gegebenenfalls montierten Bauteile fest gegenüber diesem Rohr angeordnet sind.
Ein derartiges Rohr (erstes Teil) , welches im wesentlichen keine mechanisch bewegten Teile aufweist, bewirkt Verbesserungen hinsichtlich des Verschleißes sowie des Wartungsaufwandes.
Das erste und/oder das zweite elektrisch leitende Teil ist vorzugsweise zumindest mit den sich gegebenenfalls in einem Strömungskanal erstreckenden Bereichen derart ausgebildet, daß Strömungsverluste, welche durch das erste oder das zweite elektrische Teil bedingt sind, zumindest gering gehalten werden. Insbesondere ist die Beabstandung des ersten und des zweiten elektrisch leitenden Elements sowie die Länge der ersten Fläche und der zweiten Fläche dieser Elemente derart ausgebildet, daß die Strömungsverluste im Betrieb zumindest gering gehalten werden. Diese Maße und gegebenenfalls andere geometrische Abmaße sind vorzugsweise an die Betriebs kennwerte angepaßt.
Bevorzugt ist das erste und/oder das zweite elektrisch leitende Teil in Strömungsrichtung nach außen verjüngt ausgebildet. Die Verjüngung ist insbesondere kegeiartig oder halbkugelartig aus¬ gebildet. Die erfmdungsgemaße Meßvorrichtung kann, muß jedoch nicht, mit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt sein, welche den Betrieb der erfindungsgemaßen Meßvorrichtung steuert.
Es sei angemerkt, daß der Begriff "Steuern" und der davon abgeleitete Begriff im Sinne der vorliegenden Erfindung 'im Sinne einer offenen oder geschlossenen Steuerung, also einer Regelung, zu verstehen ist.
Die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Meßvorrichtung ist insbesondere ein Computer. Die Meßvorrichtung weist vorzugsweise ein oder mehrere Schnittstellen auf, über welche sie mit externen Geraten, wie einem Computer oder dergleichen, gekoppelt werden kann. Diese Schnittstellen können als Analog- oder als serielle Datenschnittstelle ausgebildet sein und sind vorzugsweise frei konfigurierbar. Insbesondere sind die Schittstellen derart konfiguriert, αaß verschiedene Kennwerte bzw. Meßwerte, angezeigt werden, wie der aktuelle Verschäumungsgrad bzw. Gasgehalt eines Fluids, αer entsprechende, ermittelte Verschäumungsgrad bzw. Gasgehalt dieses Fluids bei Atmospharendruck, die Betriebstemperatur an einer Meßstelle und der Betriebsdruck an dieser Meßstelle.
Die erfindungsge aße Meßvorrichtung kann auch ohne Anbindung eines Steuerungsrechners betrieben werden. Vorzugsweise sind hierbei verschiedene Menufunktionen vorgesehen, wie insbesonde¬ re ein Menü zur Anzeige/Eingabe von Kalibπerparametern, ein Menü zum Starten der Kalibrierung, ein Menü zum Anhalten der Kalibrierung, ein Menü, über welches s ch d e Gasgehaltanzeige auf einen vorbestimmten Wert setzen laßt, ein Menü, über wel¬ ches sich eine Druckanzeige auf einen vorbestimmten Wert setzen läßt, ein Menü, über welches sich vorbestimmte Ausgabewerte, die vorzugsweise analog ausgegeben werden, konfigurieren las¬ sen, sowie e n Menü zur Datensicherung. Vorzugsweise ist die elektrische Anordnung als Wechselstromkreis ausgebildet, wobei die Frequenz des elektrischen Stroms bzw. der elektrischen Spannung variiert werden kann, so daß ybei Ermitteln des Gasgehaltes eines Fluids die Frequenz der Spannung bzw. des Stroms verändert wird, welche an den Meßaufnehmer angelegt ist.
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann wenigstens teilweise innerhalb der Wandungen eines Strömungskanals angeordnet sein, und ist gegebenenfalls an den Wandungen dieses Strömungskanals befestigt .
Vorzugsweise erstreckt sich die Meßvorrichtung dabei derart in den bzw. in dem Strömungskanal, daß zumindest ein Teil des durch diesen Strömungskanal fließenden Fluids außerhalb der MeßVorrichtung an dieser Meßvorrichtung vorbeiströmen kann.
Die Meßvorrichtung weist vorzugsweise eine Befestigungseinrich- tung auf, welche in das erste und/oder das zweite Teil eingreift, und diese Teile in ihrer Relativlage zueinander fixiert .
Bevorzugt wird im Rahmen der Auswertung der Meßwerte, die vom Meßaufnehmer aufgenommen werden, der vorbestimmte elektrische Kennwert, also insbesondere die Impedanz, in einen entsprechenden elektrischen Kennwert, also insbesondere eine Impedanz, transformiert, und zwar derart, daß die neue Impedanz die Impedanz ist, die bei vorbestimmten Referenzbεtriebskennwerten festgestellt werden würde, wobei sich diese Referenzbetriebskennwerte von den tatsächlichen Betriebskennwerten unterscheiden. Es wird also insbesondere ermittelt, bei welchen Betriebskennwerten, wie Fluiddruck und/oder Fluidtemperatur, der ermittelte elektrische Kennwert, also insbesondere die Impedanz, ermittelt wurde. Im Rahmen der Auswertung der Meßwerte wird der Einfluß vorbestimmter Betriebskennwerte wie Fluidtemperatur und Fluiddruck berücksichtigt, indem, unter Berücksichtigung vorbe- stirnmter Einflußparameter bzw. Betriebskennwertε, der elektrische Kennwert ermittelt wird, welcher bei vorbestimmten Refe- renzbetriebskennwerten gegeben sein wird. In entsprechender Weise kann der Gasgehalt für die Betriebskennwerte, bei denen der Gasgehalt erfaßt wurde, sowie für Referenzbetriebsgegebenheiten ermittelt und angezeigt werden. Insbesondere wird der Gasgehalt für den bei der Messung gegebenen Betriebsdruck sowie für Atmosphärendruck ermittelt. Besonders bevorzugt wird eine gegebenenfalls vorhandenε Temperaturabhängigkeit berücksichtigt, indem im Rahmen der Kalibrierung für das gleiche Fluid, also insbesondere ein gasfreies Fluid, der elektrische Kennwert, also insbesondere die Impedanz, für unterschiedliche Fluidte peraturen ermittelt wurde.
Vorzugsweise wird in der Auswerteeinrichtung berücksichtigt, wenn innerhalb der Meßstrecke, also in dem Bereich, der von dem Meßaufnehmer zur Ermittlung des Gasgehaltes sensiert wird, der (Betriebs) Druck des Fluids in Strömungsrichtung unterschiedlich ist.
Die Auswerteeinrichtung weist vorzugsweise einen Mikrocontrol- ler auf .
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 28.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 29.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. näher beschrie¬ ben, wodurch, ebenso wie durch die bevorzugten Ausführungsformen, die Erfindung nicht beschränkt werden soll.
Dabei zeigt: Fig . 1 eine beispielhafte Ausfuhrungsform der Erfindung in schematischer Darstellung ;
Fig . 2 eine teilgescnnittene Darstellung der Fig . 1 ;
Fig . 3 eine Explosionsansicht der Darstellung gemäß F g. 2 in Teilansicht ; und
Fig . 4 ein Blockschaltbild einer beispielhaften erfindungsgemaßen Auswerteeinrichtung .
Fig . 1 zeigt eine oeispielna te Ausfuhrungsform einer erfindungsgemaßen Meßvorrichtung 10 m Teilansicht, welcne mit einem Meßrohr 12 kombiniert ist bzw . ein Meßrohr 12 aufweist . Dieses Meßrohr 12 ist m seinem Querschnitt, welcher s ch senkrecht zu seiner Langsachse 1Δ erstreckt, rotationssymmetrisch oder nicht-rotationssymmetrisch ausgebildεt . Das Mεßrohr 12 kann, was m F g . 1 nicht gezeigt ist, einen runden oder rechteckigen oder quadratischen oder vielεcKigen oder auf sonstigε Weise ausgebildeten Querschnitt aufweisen .
Das Meßronr 12 kann Bestandteil einer nicht dargestellten Ordnung sein, m welcher Stromungsprozesse gegeben sind, oder es kann mit einer derartigen Anordnung verbunden werden .
In das Meßrohr 12 erstreckt sich e n Anschluß 16 für einen Drucksensor sowie ein Anschluß 18 für einen Gaskonzentrations- sensor (CGS-Sensor bzw . Meßaufnehmer) .
Die Meßvorrichtung 10 weist ferner eine Auswerteeinrichtung auf , welche scnematiscn durch das Kastcnen 20 angedeutet ist . Diese Auswerteemncntung 20 ist n Fig . 1 außernalb der Meßrohrs 12 angeordnet , kann j edoch auch mnernalb des Meßrohrs 12 angeordnet sein . Die Auswerteeinrichtung 20 kann auch m einem anderen Bauteil der Meßvorrιchtur.g 10 , wie einem Sensor oder dergleichen angeordnet sein . Die Auswerteeinrichtung 20 ist ein fester Bestandteil der Meßvorrichtung oder lösbar mit dieser gekoppelt .
Die Anschlüsse 16, 18 verlaufen im wesentlichen senkrecht zur zentrale Ädhse 14 des Meßrohres 12. In den jeweiligen Endbereichen 22, 24 des Meßrohres 12 sind jeweils Anschlüsse 26, 28 ausgebildεt, welche insbesondere V-ERMETO-Einschraubungen sind und das Meßrohr 12 mit externen Bauteilen verbinden können.
Fig. 2 zeigt eine teilgeschnittene Ansicht der Fig. I.
Die den durch den Doppelpfeil 40 angedeuteten Strömungskanal umhüllende Wandung 42 des Meßrohrs 12 weist eine erste Durchgangsöffnung 44 sowie eine zweite Durchgangsöffnung 46 auf, die sich jeweils durch diese Wandung 42 erstrecken. Die Anschlüsse 16, 18 sind insbesondere mit der Wandung 42 des Meßrohrs 12 fest verbunden. Hierzu weisen die Durchgangsöffnungen 44, 46 jeweils ein Gewinde 48, 50 auf, in welche jeweils ein Außengewinde 52, 54 der Anschlüsse 16, 18 eingreift. Dabei sind die Anschlüsse 16, 18, was in Fig. 2 nicht dargestellt ist, insbesondere durch geeignete Dichtmittel gegenüber der Außenwandung 42 des Meßrohrs 12 abgedichtε . Innerhalb des Meßrohres 12 ist ein Gaskonzentrationssensor, der auch als Meßaufnehmer oder CGS-Sensor 174 bezeichnet wird, angeordnet, welcher in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszεichεn 56 versehen ist. Dieser Gaskonzentrationssensor 56 weist ein erstes elektrisch leitendes Teil 58 sowie ein zweites elektrisch leitendes Teil 60 auf.
Das erste elektrisch leitende Teil 58 ist im wesentlichen rohr- förmig ausgebildet, wobei die Wandung 62 dieses Rohres im wesentlichen dünn ist. Beispielsweise ist die Wandung 62 weniger als 15 mm oder weniger als 10 mm oder weniger als 5 mm oder we¬ niger als 3 mm dick. Die Wandung 62 weist mehrere Durchgangsöffnungen 64, 66, 68, 70 auf. Das rohrförmige erste Teil 58 weist ferner eine sich in Längsrichtung durch dieses Rohr er¬ streckende Durchgangsöffnung 72 auf. In den Endbereichen 74, 76 dieser Durchgangsöffnung 72 bzw. in den Endbereichen 78, 80 des rohrform gen ersten Teils 58, welches in Fig. 3 als Einzelteil dargestellt ist, ist m der Wandung 62 des ersten rohrformigen Teils 58 jeweils Gewindε 82, 84 vorgesehen.
Innerhalb des Rohres 58 ist ein zweites elektrisch leitendes Teil 60 angeordnet, welches als stabformiger Körper ausgebildet ist. Dieser stabform ge Korper weist einen im wesentlichen zylindrischen Querschnitt auf, der in Fig. 2 nicht dargestellt ist. In den Endbereichen 86, 88 verjungt sich der stabformige Körper 60 nach außen, und zwar insbesondere derart, daß er kegelförmig ausgebildet und gegebenenfalls abgerundet ist. Dieser stabformige Korper 60 ist insbesondere ein sogenannter Strό- mungsparaboloid bzw. hat eine entsprechende Wirkung. Auf seinem Außenumfang 90 weist der in Fig. 3 als Einzelteil dargestellte, stabformige Körper 60 Vertiefungen 100, 102 auf, die insbesondere sacklochartig ausgebildet sind und jeweils mit einem Gewinde 104, 106 versehen sind.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist der stabformige Körper 60 innerhalb des Rohres 58 derart in Längsrichtung angeordnet, daß unterschiεdlicne Durcngangso fnungen 64, 66 in der Wandung 62 des Rohres 58 mit am Außenumfang 90 des stabformigen Körpers 60 angeordneten Vertiefungen 102, 100 fluchten, so daß Befestigungsmittel 108 sich durch bzw. in diese Offnungen 64, 66, 100, 102 erstrecken können und somit den stabformigen Korper 60 gegenüber dem Rohr 58 fixierεn können.
Da das Rohr 58 und der stabformige Korper 60 ein unterschiedliches elektr scnes Potential aufweisen können, sind diese Befe- stigungsmittεl 108 derart ausgebildet, daß sie eine Isolationswirkung zwischen dem stabformigen Korper 60 und dem Rohr 58 be¬ wirken; beispielsweise werden Isolierbuchsεn verwendet. Die Be- festigungsm ttεl stutzεn sich insbesondere von cer Rohraußenseite gegen d e Außenooεrflacne des Ronres ao und weisen ein Gewinαe auf, welcnes m d e mit Gewinden 104, 106 versehenen Bohrungen 100, 102 eingreifεn. Hierbei können, müssen jedoch nicht, Distanzmittel vorgesehen sein, welche eine bestimmte Beabstandung zwischen dem stabformigen Körper 60 und dem Rohr 58 bewirken.
Die Befestigungsmittel 108 können jeweils einteilig -oder mehrteilig ausgebildet sein.
Der Außendurchmesser des stabformigen Körpers 60, der durch einen Doppelpfeil 112 schematisch angedeutet ist, und im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als d2 mit zugehörigem Radius r2 bezeichnεt wird, ist kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 58, der durch den Pfeil 114 schematisch angedeutet ist und der im Rahmen der vorliegenden Erfindung als dj. mit zugehörigem Radius ri bezeichnεt wird. Das Rohr 58 weist im übrigen die Länge li auf.
Durch diese vorgenanntεn Durchmesserdifferenzen wird bewirkt, daß sich zwischen dem stabformigen Teil 60 und dem Rohr 58 in radialer Richtung ein Zwischenraum 116 erstreckt, durch welchen ein Fluid strömen kann, welchεs auf seinen Gasgehalt hin zu überprüfen ist.
In. Fig. 2 ist ferner dargestεllt, daß der stabformige Körper 60 in Längsrichtung kürzer als das Rohr 58 ist.
Die Gewinde 82, 84, welche in den Endbereichen 78, 80 des Rohres 58 vorgesehen sind, greifen jeweils, und dies ist in Fig. 2 nur für eine Seite dargestεllt, in Befestigungsmittel ein, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 118 versehen sind.
Insbesondere ist eine Isolierbuchse 120 vorgεsehen, welche in das Gewinde 82, 84 eingreift und hierzu ein Gewinde 122 aufweist. Die Isolierbuchse, welche im wesentlichen rotationssym- metrisch ausgεbildεt ist und eine Durchgangsöffnung 124 mit un¬ terschiedlichen Innendurchmessern aufweist, weist ferner in dieser sich in Längsrichtung der Isolierbuchse 120 erstreckenden Durchgangsöffnung 124 ein zweites Gewinde 126 auf, welches in ein Gewinde 128 eines Befestigungselements 130 eingreift. Das Befestigungselemεnt 130 weist ebenfalls sich in Längsrichtung erstreckende Durchgangsöffnung 132 auf. Der Innendurchmesser dieser Durchgangsöffnung ist dabei insbesondere 'gestuft ausgebildet, so daß in Offnungslangsrichtung unterschiedliche Durchmesser vorhanden sind. Das Befestigungselement 130 ist insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet und weist unterschiedliche Außendurchmesser auf. Ferner weist das Befestigung- sεlεmεnt 130 insbesondere Befestigungslaschen 134 auf, welche als umlaufender Steg oder als einzelne Stege im Umfangsrichtung außen an das Befestigungselement 130 angeflanscnt sind. Diese Befestigungslaschen 134 kontaktieren im montierten Zustand Stege 137, welche mit der Außenwandung 62 des Rohres 58 verbunden sind und sich insbesondere radial von dieser Außenwandung 62 nach innen erstrecken. Die Stege 137 können derart ausgebildet sein, daß sie eine geschlossene Fläche darstellen, also insbesondere kreisringformig ausgebildet sind, oder aus einer Mehrzahl von Einzelstegen bestehen, so daß wahrend eines Stromungs- prozesses Fluid in den Zwischenbereich 136, welchεr sich außεr- halb des Rohres 58 zwischen diesem Rohr und der Wandung 42 des Meßrohres erstreckt, eindringen kann.
Durch die Öffnung 70 erstreckt sich der Anschluß für den Drucksensor bzw. ein Drucksensor, wεlchεr den Druck des Fluids im Zwischenraum 116 zwischen dem stabformigen Korper 60 und dem Rohr 58 erfassen kann. Durch die Öffnung 68 erstreckt sich ein nicht dargestelltεr Temperatursensor, welcher mit dem Anschluß 18 m Verbindung steht. Dieser nicht dargestellte Tempε- ratursensor kann innerhalb des Rohres 58 die Temperatur des auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids erfassen. Der Anschluß 18 steht ferner mit dem Gaskonzentrationssensor in Verbindung, und zwar derart, daß der Gaskonzentrationssensor bzw. der Meßaufnehmer 56 m eine elektrische Anordnung elektrisch integriert ist. Somit ist der Gaskonzentrationssensor 56 als eine Art Ringspaltkondensator ausgebildet, so daß über die sich an diesem Kondensator einstellende Admittanz bzw. Impedanz, welche von der Zusammensetzung des Fluids abhängt, welches sich im Ringspalt befindet, also insbesondere auch von dem Gasgehalt dieses Fluids.
Über Isoliermittel bzw. eine Isolierbuchse 120 wird das Rohr 58 vom Meßrohr 12 bzw. der Auswerteeinrichtung 20 elektrisch getrennt. Das Rohr 58 kann sich konzentrisch um den stabformigen Körper 60 erstrecken. Dies ist allerdings nicht zwangsläufig erforderlich, da bei einem Ringspaltkondensator die Impedanz bzw. Admittanz durch Exzεntritäten, also einen nicht konzentrisch angeordneten Innenkörper 58, im wesentlichen nicht beeinflußt wird.
Insbesondere das Rohr 58 und der stabformige Körper 60 bestehen aus einem Material, welches derart ausgewählt ist, daß die gemessenen Impedanzen im wesentlichen nicht einem durch den Gaskonzentrationssensor 56 bedingten Temperatureinfluß unterliegen.
Die Auswerteeinrichtung 20 kann den Gaskonzentrationssensor über eine nicht dargestelltε Signalvεrbindung mit einem Wechselstrom beaufschlagen, so daß die sich infolge dieses Wechselstroms einstellende Impedanz am Gaskonzentrationssensor erfaßt werden kann. Hierzu kann insbesondere auch ein durchstimmbarer Frequenzgenerator verwendet werden, welcher insbesondere einen nachgeschaltεten Impedanz- bzw. Admittanzbaustein aufweist. Die Frequenzen des Frequenzgenεratcrs bzw. die vom Frequenzgenεra- tor vorgegebenen Frequenzen werden insbesondere in Abhängigkeit des auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids geeignet ausgewählt, und zwar derart, daß sich möglichst Admittanzen am Gaskonzentrationssensor 56 ergeben, bei welchen in Abhängigkeit des Gasgehalts möglichst signifikante Nots gnaiänderungen, also insbesondere Änderungen der Admittanzen bzw. Impedanzen, wirken.
Die Frequenz des Wechselstroms kann beispielsweise niedrig sein, z. B. unter 100 Hz liegen, so daß praktisch nur der reale Anteil des Widerstands einer elektrisch leitenden Flüssigkeit bestimmt werden kann. Insbesondεre kann auch mittels eines digitalen Synthesizers die Durchstimmung bei unterschiedlichen Frequεnzεn erfolgen.
Die in der Auswerteeinrichtung 20 ermittelten Impedanzen bzw. Admittanzen des sich im Zwischenraum 116 befindenden Fluids werden zur Ermittlung des Gasgehalts dieses Fluids verwendet. Hierzu wird die mittels des Temperatursεnsors gemessene Betriebstemperatur des Fluids sowie der mittels des Drucksensors gemessene Betriεbsdruck des Fluids berücksichtigt. Ferner werden Referenzwerte berücksichtigt. Diese Referenzwerte sind insbesondere Impedanzen, welche für dieses Fluid im gasfreien Zustand ermittelt wurden. Vorzugsweise werdεn mehrere Referenz- wεrtε verwendet, die sich dadurch unterscheiden, daß bei unterschiedlichen Temperaturεn des Referεnzfluids, also des gasfreien Fluids, die Impedanz bzw. Admittanz dieses Fluids ermittelt wurde .
Ferner wird die Admittanz bzw. Impedanz für ein Gas ermittelt, wobei es grundsätzlich nicht auf die Art des Gases, also dessen chemische Zusammensetzung, sondern lediglich auf den gasförmigen Zustand ankommt.
Anhand dieser Impedanzen für die Extremzustände, also den Ex- tremzustand "0% Gas im Fluid" und "100% Gas im Fluid ", kann durch Erfassung der Impedanz bzw. Admittanz eines Fluids unbekannter Zusammensetzung auf den Gasgehalt geschlossen werden. Dieser Gasgehalt wird in Volumenprozent angezeigt. Eine gegebe¬ nenfalls bestenende Druckabhängigkεit kann berücksichtigt wer¬ den, indem die jeweiligen Werte auf atmosphärischen Druck gemäß einεr vorbεstimmtεn Charaktεristik umgεrεchnet werden. Hierdurch wird ferner eine Vergleichbarkeit des ermittelten Gasgehalts bei verschiedεnen Betriεbsdrücken ermöglicht. Der Betriebsdruck wird über den Drucksensor erfaßt.
In entsprechender Weise wird die Betriebstemperatur ' des Fluids über einen nicht dargestellten Temperatursensor ermittelt. Aus den jeweils unterschiedlichen (Referenz) Temperaturen zugeordneten Referenzwerten können dann zur Auswertung die Refεrenzwerte verwendet werdεn, die einer Referenztεmperatur zugewiesen sind, die der erfaßten Betriebstemperatur entspricht. Sofern keine der ermittεlten Betriebstεmperatur entsprechende Referenztemperatur bereitgestellt wird, kann anhand der bereitgestelltεn Re- fernztemeratur bzw. Refεrεnzwεrtε mittels geeigneter Verfahren oder Berechnungen, wie Schätzung oder lineare Extrapolation oder lineare Interpolation oder dergleichen, ermittelt die entsprechende Ref renzimpedanz bzw. der Referenzgasgehalt ermittelt werden.
Die mechanischen Bauelemente der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, also insbesondere der Meßaufnehmεr 174 bzw. dessen erstes 58 und dessen zweitεs Tεil 60, sind vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt. Die Isoliermittel und insbesondere die Isolierbuchse 120 sind vorzugsweise aus einem hochwertigen Kunststoff gefertigt.
Diese Werkstoffwahl, auf welchε die erfindungsgεmäßε Meßvorrichtung allerdings nicht beschränkt ist, bewirkt eine hohe chemische Resistenz bei hoher Temperaturfestigkeit.
Fig. 3 zeigt eine teilgeschnittene Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung .
Zur Montage wird der stabformige Körper 60 in Richtung des Pfeils 150 in das Rohr 58 axial eingeschoben und über die Befe¬ stigungsmittel 108, welche sich durch die Durchgangsöffnun- gen 64 , 66 in die Lochbohrungen 100 , 102 erstrecken und welche isolierend ausgebildet sind, befestigt . Vorzugsweise ist diese Befestigung als Schraubbefestigung ausgebildet . Auch andere Be- f εstigungsartεn, wiε mittels einer Preßpassung oder dergleichen, sind erfindungsgemäß bevorzugt .
Anschließend wird in den Orientierungen der axialen Richtung des Rohres 58 , also aus Richtung der Pfeile 150 , 152 , j ewεils eine Isolierbuchse 120 an dem Rohr 58 befestigt , in welche , j eweils außenliegend, ein Befestigungselement 130 eingreift, welches über nicht dargestelltε Stege 137 mit einem ebenfalls nicht dargestellten Meßrohr 12 verbunden wird . Die Verbindung zwischen den Stegen 137 und den Bef estigungslaschen 134 der Be- f estigungselementε 130 kann beispielsweise als eine Schraubverbindung oder eine Schweißverbindung oder eine Preßpassung oder dergleichen ausgebildet sein. Ein mit dem Anschluß 16 verbundener Drucksensor erstreckt sich durch die Durchgangsöffnung 70 der Wandung 62 des Rohrs 58 , so daß dieser Drucksensor den Fluiddruck im Inneren des Rohres erfassen kann .
Fig . 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Auswerteeinheit , welche ebenfalls Steuerungsaufgaben übernehmen kann, und welche die Admittanz eines auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids , welches im Zwischenraum zwischen einem ersten 58 und einem zweiten elektrisch leitenden Teil 60 angeordnet ist , überprüfen kann .
Die Admittanz ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die komplexe Admittanz , also eine komplexe Größe .
Die Auswerteeinrichtung kann die komplette Admittanz insbesondere automatisch ermitteln kann und weist einen MikroController auf . In diesem Mikrocontroller ist insbesondere ein RAM-, ein EPROM- und/odεr εin EEPROM-Speichεr integriert . Dieser Mikrocontroller 170 steht mit weiteren Bauelementen in Signalverbindung . Hierzu können Datenlεitungεn vorgesehen sein, oder die Ξignalübertragung kann berührungslos erfolgen. Insbesondere ist der Mikrocontroller 170 mit einem Frequenzgenerator verbunden. Der Frequenzgenerator 172 erzeugt ein Ausgangssignal, welches insbesondere sinusförmig ausgebildet ist. Dieses Ausgangssignal hat eine vorbestimmte Frequenz, welche insbesondere variiert werden kann. Insbesondere hat der Frequenzgenerator 172 einen Arbeitsbereich von 1 Hz bis 100 kHz.
Das Ausgangssignal des Frequenzgenerators wird an einen CGS- Sensor bzw. einen Meßaufnehmer 174 übermittelt, der insbesondere derart angeordnεt ist und ausgebildet sein kann, wie es anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebεn wurde. Dieser CGS-Sensor 174 erzeugt Ausgangssignale, welche mittels eines Analogschalters 178 an einen Impedanzwandler 180 übermittelt werden. Der Analogschalter 178 steht insbesondere mit dem Mikrocontroller 170 in Signalverbindung. Mittels des Analogschalters kann ferner ein von einem Drucksensor 176 erzeugtεs Signal, welches insbesondere in der Art angeordnet ist, wie es anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert wurde, an den Impedanzwandler 180 übertragen werden. Der Impedanzwandler 180 erzeugt ein Ausgangssignal, welches einem Baustein 182 zugeführt wird, der die Admittanz eines Fluids ermittelt, welches in einem Zwischenraum zwischen einem ersten elektrischen Element 58 und einem zweiten elektrisch leitendεn Element 60 des CGS-Sensors 174 angeordnet ist, und zwar insbesonderε sowohl dεn Betrag als auch die Phasenlage dieser Admittanz. Diese Admittanz ermittεlt der Baustein 182 ferner in Abhängigkeit des Erregersignals, welches von dem Frequenzgenerator 172 erzeugt wurde. Hierzu wird dieses jeweilige Erregersignal ebenfalls an den Baustein 182 übermittelt, wie durch den Pfeil 184 angedeutet ist. Ein Ausgangssignal des Bausteins 182 kann in Abhängigkeit des Schaltzu- stands des Analogschalters 186 auf den A/D-Wandler 188 übertra¬ gen werden, so daß in diesem A/D-Wandler 188 das Eingangssignal digitalisiert wird, und somit ein digitalisiertes Ausgangssignal bereitgestellt w rd. Der Analogschalter 186 steht ferner mit dem Mikrocontroller 170 in Signalverbindung. Das digitalisierte Ausgangssignal des A/D-Wandlers 188 wird mittels eines BUΞ-Systems an den Mikrocontroller 170 übermittelt.
Während der Mikrocontroller 170 mit dem Frequenzgenerator 172 sowie dem A/D-Wandler 188 über Datenlεitungen verbunden ist, ist der Mikrocontroller 170 mit dem Analogschalter 178 bzw. dem Analogschalter 186 über Steuerleitungen verbunden, wie durch die Pfeile 190, 191 schematisch angedεutεt ist. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß - auch wenn im Rahmen dieser Offenbarung von Steuerleitungεn oder Datenleitungen gesprochen wird - die Signalübertragung jeweils über verkörpεrtε Lεitungen oder dergleichen erfolgen kann oder durch geeignetε Einrichtungen berührungslos .
Mittels der Steuerleitung 190, über welche Signale vom Mikrocontroller 170 an den Analogschalter 178 übertragen werden können, kann der Mikrocontroller 170 steuern, ob der Analogschalter 178 ein Ausgangssignal des CGS-Sensors 174, also insbesondere ein Signal, welches die komplexε Admittanz anzeigt, oder ein Ausgangssignal des Drucksensors 176, also insbesondere ein Signal, welches den Betriebsdruck im Meßrohr 12 oder den Betriebsdruck im Rohr 58 anzeigt, empfängt und verarbeitet.
In entsprechender Weise kann der Mikrocontroller 170 über die Steuerleitung 190 steuεrn, ob der Analogschalter 186 ein Ausgangssignal des Bausteins 182, welches vom Betriebsdruck abhän¬ gen kann oder von der Admittanz abhängen kann oder ein Ausgangssignal des Temperatursensors 194, welches insbesondere die Betriebstemperatur im Meßrohr 12 oder im Rohr 58 anzeigt, an den A/D-Wandler 188 übermittelt.
Anhand der an den Analogschalter 186 bzw. an den A/D-Wandler 188 vom Baustein 182 übermittelten Signale werden im Mikro¬ controller 170 vorbestimmte Fiuidkennwerte bestimmte, wie ins¬ besondere der Gasgehalt des Fluids. Dieser Gasgehalt kann für den Betriebsdruck oder nach gegebenenfalls vorgesehener Umrechnung für einen Referenzdruck, wie atmosphärischen Druck, angegeben werden.
Nach Bestimmung dieser vorbestimmten Fiuidkennwerte steuert der Mikrocontroller 170 den Analogschalter 186 an, so daß dieser anstelle der von Baustein 182 zugeführten Signale die Ausgangssignale des Temperatursensors 192 an den A/D-Wandler 188 übermittelt. Anhand dieser Ausgangssignale des Tempεratursen- sors 192, die die Betriεbstεmpεratur dεs auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids anzeigen, kann im Mikrocontroller 170 eine gegebεnεnfalls bestehende Temperaturabhängigkeit des Gasgehalts des auf seinen Gasgehalt zu überprüfendεn Fluids berücksichtigt werden.
Hierzu wird insbesonderε εine Temperaturzuordnung zu verschiedenen Referenzwerten verwεndet.
Der Mikrocontroller 170 steuεrt fεrnεr εinen BUS-Treiber 194 an, welcher ausgangsseitig ein Schnittstellensignal erzeugt, welches insbesondere ein genormtes RS232-Schnittstellensignal ist. Dieses Schnittstellensignal kann verwendet werden, um die Auswerteeinrichtung mit einem Computer zu koppeln.
Der Mikrocontroller 170 steht fernεr mit einεm Baustein 196 in Verbindung, welcher einen Digital-/Anaiog-Konverter sowie einen diesem nachgeschalteten Spannungs-/Stromwandler aufweist. Dieser Baustein 196 stellt ausgangsseitig Signale bereit, welche vorbestimmte Betriebskennwerte, insbesondere den Gasgehalt im auf seinen Gasgεhalt zu übεrprüfenden Fluid anzeigt. Diese Aus¬ gangssignale werden insbesondere als Spannungssignale oder als Stromsignalε bereitgestellt. Insbesondere können die Ausgangs- signalε als 0 bis 10 Volt-Pεgel oder als 4 bis 20 mA-Signal be- reitgεstεllt werden. Ausgangsseitig kann der Baustein 196 mit einer Prozeßregeleinrichtung, welche insbesondere analog ausge¬ bildet ist, gekoppelt sein. Diese nicht dargestellte Prozeßre- geleinrichtung kann unterschiedlichste Funktionen aufweisen, wie beispielsweise die Steuerung bzw . Regelung des einem Herstellungspro zeß zugeführten Gases , mit welchem ein Fluid begast werden soll .
30 Bezugszeichen
74 Endbereich von 72 erfmdungsgemäße Meßvor- 76 Endbereich von 72 πchtung 78 Endbereich von 58 Meßrohr 80 Endbereich von ^58 Langsachse von 12 82 Gewinde von 62 Anschluß f r Drucksensor 84 Gewinde von 62 Anschluß für Temperatursen- 86 Ξndbereich von 60 sor und CGS-Sensor 88 Endbereich von 60 Auswerteeinrichtung 90 Außenumfang von 60 Ende von 12 100 Vertiefunge m 60 Ende von 12 102 Vertiefunge m 60 Anscnluß von 12 10* Gewinde in 60 Anscnluß von 12 106 Gewinde m 60 V-ERMETO-Emschraubung 108 Befestigungsmittel V-ERMETO-Emschraubung 112 Außendurchmesser von 60 Stromungskanal 114 Innendurchmesser von 58 Wandung von 12 116 Zwischenraum zwischen 58 Durchgangsöffnung m 42 und 60 Du cngangsoffnung m 42 118 Befestigungsmittel Gewinde von 44 120 Isolierbuchse Gewinde von 46 122 Gewinde Außengewmαe von 18 124 Durchgangs Öffnung m 120 Außengewinde von 16 126 zweites Gebinde Gaskonzentrationssensor, 128 Gewinde
Meßaufnehmer 130 Befes igungselement erstes elektrisch leitendes 132 Durcngangsoffnung
Teil, Rohr 134 Befestigungslasche zweites elektrisch leiten- 136 Zwischenbereicn des Teil, stabformiger Kor- 137 Steg per 150 Pfeil Wandung 152 Pfeil Durchgangsöffnung in 62 170 Mikrocontroller Durcngangscffnung m 62 172 Freguenzgenerator Durcngangsoffnung m 62 174 Meßaufnehmer / CGS-Sensor Durchgangsöffnung in 62 175 Imoeαanzwandler Durchσangscf nung _n 62 175 (Betriebs) Drucisensor 178 Analogschalter 31
180 Impedanzwandler
182 Baustein
184 Pfeil
186 Analogschalter
188 A/D-Wandler
190 Steuerleitungen ( schematisch)
191 Pfeil
192 (Betriebs ) Temperatursensor 194 BUS-Treiber
196 Baustein 198 Baustein

Claims

Patentansprüche
1. Meßvorrichtung zur Erfassung des Gasgehalts in -Fluiden mit
- wenigstens einεr elektrischen Anordnung;
- einer Auswerteεinrichtung (20);
- wenigstens einεm ersten elektrisch leitenden Teil (58) mit wenigstens einer ersten Fläche, welche ein erstes elektrisches Potential aufweist; und
- wenigstens einεm zweiten elektrisch leitenden Teil (60) mit wenigstens einεr zweiten Fläche, welche ein zweites elektrisches Potential aufweist;
wobei
- sich zwischen dem ersten Teil ( 58 ) und dem zweiten Teil ( 60 ) ein Zwischenraum ( 116 ) erstreckt , welcher das auf seinen Gasgehalt zu überprüfende Fluid aufnimmt ;
- das erste und das zweite elektrische Potential sich wenigstens zeitweise unterscheiden;
- wenigstens ein erster elektrischer Kennwert der elektrischen Anordnung von der Zusammensetzung des Fluids abhängt und von der Auswerteεinrichtung (20 ) εrmittelten wird; und
- in Abhängigkeit des ermittεltem ersten elektrischen Kennwerts sowie wenigstens eines Ref renzwerts auf den Gasgehalt im Fluid geschlossen wird.
. Meßvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert von einem ersten elektrischen Kennwεrt abhängt, dεr unter vorbestimmten Gegebenheiten für eine vorbestimmtε bekannte Zusammensetzung des Fluid ermittelt wurde.
3. Meßvorrichtung, insbesondere nach einεm der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekεnnzeichnet, daß die elektrische Anordnung ein Wechselstromkreis ist und der erste elektrische Kennwert die Impedanz des auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden, zwischen dem ersten (58) und dem zweiten Teil (60) angεordnεten Fluids ist.
4. Meßvorrichtung, insbesondεre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert von der Impedanz eines zwischen dem ersten (58) und dem zweiten Teil (60) angeordneten Fluids abhängt, welches sich in seiner Zusammensetzung von dem auf seinen Gasgehalt zu überprüf ndεn Fluid nur dadurch unterschεidet , daß es unverschäumt ist, wobei insbesondεre Refεrεnzwerte für unterschiεdlichε Tεmpεraturen bereitgestεllt wεrdεn.
5. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehεndεn Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert von der Impedanz eines zwischen dem ersten (58) und dem zweiten Teil (60) angeordneten Gases abhängt.
6. Meßvorrichtung, insbesondεrε nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite
Teil (60) innerhalb des ersten Teils (58) angeordnet ist.
7. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (58) einε Sendeelektrode ist und das zweite Teil (60) eine die- sε Sendeelektrode zugeordnete Empfangselektrode ist.
. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet wenigstens eine Sensoreinrichtung, wobei diese Sensoreinrichtung wenigstens einen Be- triebskεnnwert erfaßt, und insbesondere eine Sensoreinrichtung aus einer Gruppe von Sensoreinrichtungen ist, welche einen Drucksensor und einεn Temperatursensor aufweist .
9. Meßvorrichtung, insbesondεre nach einem der vorangehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet durch wenigstens eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von vorbestimmten Kennwerten.
10. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (58) ein Rohr ist.
11. Meßvorrichtung, insbesondεrε nach εinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite
Teil (60) ein im wesεntlichεn stabartig ausgεbildεt ist und sich innεrhalb des ersten Teils (58) in Längsrichtung dieses ersten Teils (58) erstrεckt.
12. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls am angeordneten Bauteilε im wεsentlichen fest gεgenüber den Rohr angeordnεt sind.
13. Meßvorrichtung, insbesondere nach einεm der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (10) derart ausgebildet ist, daß durch die Meßvorrichtung (10) , und insbesondεrε durch das Rohr, Strömungs- verluste im Rohr zumindest gering gehaltεn werden.
14. Meßvorrichtung, insbesondere nach einεm der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste (58) und/oder das zweite Teil (60) in Strömungsrichtung nach außen verjüngt.
15. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzεichnεt, daß diese Meßvorrichtung (10) mit einer Steuεrungseinrichtung in Signalverbindung steht, wobei diesε Stεuerungsεinrichtung insbesondere einen Fertigungsprozεß odεr dεrgleichen steuert.
16. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung des ersten elektrischen Kennwerts mehrere zweite Kennwerte verwendet werden, welche unterschiedlichen Bestandteilen des auf seinεn Gasgεhalt zu überprüfenden Fluids zugeordnet sind.
17. Meßvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung des ersten elektrischen Kennwerts jewεils εin zwεitεr Kennwert verwendet wird für einen ersten Bestandtεil dεs auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids, der einεm im wesentlichen unverschäumten Fluid entspricht, sowie für einen zweiten Bestandteil, den das Gas bildet, welches das auf seinεn Gasgehalt zu überprüfenden Fluid umfaßt.
18. Meßvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung des ersten elektrischen Kennwerts die Admittanz verwendet wird, welche in der elektrischεn Anordnung dεm ersten Bestandteil des auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids zugewiesen ist, so¬ wie die Admittanz, welche in der elektrischen Anordnung dem zweiten Bestandtεil des auf seinen Gasgehalt zu überprüfenden Fluids zugewiesen ist.
19. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselstroms des Wechselstromkreises variierbar ist, und gegebenenfalls unter vorbestimmten Gegebenheiten verändert wird.
20. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Meßvorrichtung (10) wenigstens teilweise innerhalb eines Strömungskanals (40) angeordnet ist, welcher sich in Strömungsrichtung erstreckende Wandungen (42) aufweist.
21. Meßvorrichtung, insbesondεrε nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt innerhalb des Strömungskanals (40) größer ist als der Teil dieses Strömungsquerschnitts der innerhalb dieses Zwischenraums (116) angeordnεt ist.
22. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Befestigungseinrichtung (66, 64, 100, 102, 104, 106, 120, 130, 137), welche das erste (58) und/oder das zweite Teil (60) aufnimmt und relativ zu den Wandungen (42) des Strömungskanals (40) fixiert .
23-. Meßvorrichtung, insbesonderε nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzεichnet , daß das erste und das zweite Teil (60) mechanisch verbunden und im Bereich dieser mechanischen Verbindung elektrisch gegenüber einander isoliert sind.
24. Meßvorrichtung, insbesondere nach einεm der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit der bei einem vorbestimmten Betriebskεnnwert ermittelten Impedanz die Impedanz bei εinem Ref εrenzkennwert ermittelt wird.
25. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (20) zur Auswertung den Druckabfall entlang des Fluids innerhalb und entlang des Zwischenraums (116) berücksichtigt.
26. Meßvorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (20) einen Mikrocontroller (170) aufweist.
27. Meßvorrichtung, insbesondεrε nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (20) einen Frequenzgenerator (172) aufweist.
28. Verfahren zum Betrεiben einer Meßvorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
29. Verfahren zur Bestimmung des Gasgehaltes eines Fluids, gegebenenfalls auch mit den Merkmalen des Anspruch 28, mit den Schritten:
- Anlegen eines Wechselstroms an eine Einrichtung welche wenigstεns ein erstes Teil (58) und wenigstens ein zweites Teil (60) aufweist, wobei sich zwischen diesen Teilen (58, 60) ein Zwischenraum (116) erstreckt, durch welchen das Fluid strömt und wobei eine gegebenenfalls vorgesehene mechanische Verbindung dieser Teilε (58, 60) wenigstens eine Isolierungseinrichtung aufweist, die diese Teile (58, 60) im Bereich der mechanischen Verbindung gegenüber einander isoliert;
- Ermitteln des elεktrischen Widεrstands, welcher durch ein Fluid mit zu ermittelndem Gasgehalt zwischen dεm er¬ sten (58) und dem zweiten Teil (60) bewirkt wird mittels einer Meßeinrichtung, und zwar insbesondere erfassen der Impedanz, welche durch das Fluid mit zu ermittelndem Gasgehalt zwischen dem ersten (58) und dem zweiten Teil (60) bewirkt wird;
- Bereitstellen wenigstens einεs von der Impedanz abhängigen Kennwerts, welche wenigstens ein Fluid mit einem vorbestimmten bekanntεn Gasgehalt zwischen dem ersten (58) und dem zweiten Teil (60) bewirkt;
- Ermitteln des Gasgehalts des Fluids mit zu ermittelndem Gasgehalt in Abhängigkeit der Impedanz, welche mittels dieses Fluids mit zu ermittelndem Gasgehalt ermittelt wurde, sowie in Abhängigkeit des wenigstens einen Kennwerts, welcher mittels einεs Fluids mit bεkanntεm Gasgε- halt ermittelt wurde.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sich Zusammensetzung des Fluids mit zu ermittεlndem Gasgehalt Zusammensetzung des wenigstεns einen Fluids mit bekannten Gasgehalt im wesentlichen nur durch den Gasanteil unterscheidet .
31. Verfahren, insbesondere nach einεm der Ansprüche 28 und
30, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechsεl- stroms zu Ermittlung des Gasgehalts variiert wird.
32. Verfahren, insbesondεrε nach εinem der Ansprüche 28 bis
31, mit dem Schritt: Ermitteln wenigstens einεs Betriebskennwerts, des Fluids mit zu ermittelndem Gasgehalt, und zwar insbesondere der Betriebsemperatur und/oder des Be¬ triebsdrucks .
33. Verfahren, insbesondere nach einεm dεr Ansprüche 27 bis 31, mit dem Schritt: Ermitteln des Gasgεhalts des Fluids mit zu ermittelndεm Gasgehalt in Abhängigkeit der Impedanz, welche mittels die≤εs Fluids mit zu εrmittelndem Gasgehalt ermittelt wurde, sowie in Abhängigkeit des wenigstens einen Kennwεrts, wεlchεr mittels eines Fluids mit bekanntεm Gasgεhalt εrmittelt wurde, und zwar in Abhängigkeit vorbestimmter Betriebskennwerte welche bei der Ermittlung der Impεdanz des Fluids mit zu ermittelndem Gasgehalt sowie bei der Ermittlung des Kennwerts, welcher mittels eines Fluids mit bekanntem Gasgehalt ermittelt wurde, gegeben waren.
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