Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines Fluids in einem Behälter Method for determining the volume of a fluid in a container
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Volumens eines Fluids in einem Behälter. Dieses Verfahren ist zur Volumenmessung eines Behälters und/oder zur Füllmengenmessung eines Fluids in einem Behälter geeignet.The invention relates to a method for determining the volume of a fluid in a container. This method is suitable for measuring the volume of a container and / or for measuring the filling quantity of a fluid in a container.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind Volumenmessungen bekannt, in denen das Volumen eines durch einen starren Körper begrenzten Hohlraum ermittelt wird. Weiter sind auch geometrische Verfahren bekannt, mit denen das Volumen regelmässiger Hohlräume ermittelt werden kann. Gleiches gilt für Füllstandsmessungen.Volume measurements are known from the prior art, in which the volume of a cavity delimited by a rigid body is determined. Geometric methods are also known with which the volume of regular cavities can be determined. The same applies to level measurements.
Die Bestimmung des Volumens oder Fassungsvermögens von Behältern und Hohlräumen ist jedoch problematisch, wenn die den Behälter begrenzende Oberfläche nicht starr, sondern dehnbar ist, oder wenn der Behälter eine komplexe Struktur aufweist.However, the determination of the volume or capacity of containers and cavities is problematic if the surface delimiting the container is not rigid but rather stretchable, or if the container has a complex structure.
Beispiele sind gefüllte Gasballone, deren Gashülle dehnbar ist und deren Volumen auf komplizierte Weise von den inneren und äußeren Druckverhältnissen abhängt. Ein weiteres Beispiel hierfür sind Luftschiffe, deren Fassungsvermögen aufgrund der unregelmäßigen Form nur ungenau berechnet und aufgrund ihrer Größe und der mangelnden Stabilität der Hülle durch volumetrisches Pumpen nicht ermittelt werden kann. Ähnliche Probleme treten bei der Bestimmung der Schrumpfung eines U- Bootrumpfes in Abhängigkeit von der Tauchtiefe auf.
Bei Höhlen oder mit Gasen (z.B. Erdgas) gefüllten Hohlräumen ist oft die Geometrie und Ausdehnung der Höhle/des Hohlraums nur unzureichend bekannt, so dass oft nicht mehr als grobe Abschätzungen hinsichtlich ihres Volumens möglich sind.Examples are filled gas balloons, the gas envelope of which is expandable and the volume of which depends in a complicated way on the internal and external pressure conditions. Another example of this are airships, whose capacity can only be calculated imprecisely due to the irregular shape and cannot be determined by volumetric pumping due to their size and the lack of stability of the envelope. Similar problems arise when determining the shrinkage of a submarine hull depending on the depth of the dive. In the case of caves or cavities filled with gases (eg natural gas), the geometry and extent of the cavity / cavity are often insufficiently known, so that often it is no longer possible to make rough estimates of their volume.
Ein weiteres Beispiel, bei dem die meisten der herkömmlichen Volumenmessmethoden nicht angewandt werden können, ist das Messen der Blutmenge im Körper eines lebenden Lebewesens.Another example in which most of the conventional volume measurement methods cannot be used is the measurement of the amount of blood in the body of a living being.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, um das Volumen eines Behälters oder die Füllmenge einer Flüssigkeit in einem Behälter einfach und zuverlässig zu messen.The invention is therefore based on the object of providing a method for simply and reliably measuring the volume of a container or the filling quantity of a liquid in a container.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Schritten von Anspruch 1 gelöst. Insbesondere umfasst dieses Verfahren die Schritte eines Einbringens einer vorbestimmten Menge n eines Testmediums in den Behälter, eines Vermischens des Testmediums mit dem Fluid, eines Ermitteln der Konzentration c des Testmediums in der Mischung aus Fluid und Testmedium, und eines Ermitteln des Volumens aus der vorbestimmten Menge n und der Konzentration c gemäß der Formel: V=n/c.This object is achieved by the method with the steps of claim 1. In particular, this method comprises the steps of introducing a predetermined amount n of a test medium into the container, mixing the test medium with the fluid, determining the concentration c of the test medium in the mixture of fluid and test medium, and determining the volume from the predetermined amount n and the concentration c according to the formula: V = n / c.
Gemäß diesem Verfahren wird somit in den Behälter eine vorbestimmte Testmenge n eines ursprünglich in dem Fluid in dem Behälter nicht vorhandenen Testmediums eingebracht. Danach wird das Testmedium mit dem Fluid vermischt. Unter Vermischen wird je nach verwendetem Fluid bzw. Testmedium ein Auflösen des Testmediums in dem Fluid, ein aktives Vermischen und/oder passives Durchmischen, z.B. eine Diffusion, verstanden, derart dass das Testmedium im Fluid gleichmäßig verteilt ist. Dann erfolgt ein Ermitteln der Konzentration c des Testmediums auf bekannte und dem entsprechenden Gemisch angepasste Weise. Schließlich kann aus der Konzentration c und der Menge n des Testmediums das Volumen des Fluids bestimmt werden.
In der Regel wird dabei die Testmenge n des Testmediums so gewählt, dass etwaige, aus dem Einbringen des Testmediums resultierende Volumenänderungen völlig vernachlässigbar gegenüber dem zu ermittelnden Volumen oder der Füllmenge V sind.According to this method, a predetermined test quantity n of a test medium originally not present in the fluid in the container is thus introduced into the container. The test medium is then mixed with the fluid. Mixing means, depending on the fluid or test medium used, a dissolution of the test medium in the fluid, an active mixing and / or passive mixing, for example diffusion, such that the test medium is evenly distributed in the fluid. The concentration c of the test medium is then determined in a known manner and adapted to the corresponding mixture. Finally, the volume of the fluid can be determined from the concentration c and the amount n of the test medium. As a rule, the test quantity n of the test medium is chosen such that any volume changes resulting from the introduction of the test medium are completely negligible compared to the volume to be determined or the fill quantity V.
Durch dieses Verfahren lassen sich auf sehr einfache Weise Volumen von Hohlräumen, insbesondere auch von unregelmäßig geformten Hohlräumen oder Hohlräumen, die ein von den Umgebungsbedingungen abhängiges Volumen aufweisen, als auch die Füllstände einer Flüssigkeit in einem Behälter ermitteln.This method allows the volume of cavities, in particular also irregularly shaped cavities or cavities, which have a volume that is dependent on the ambient conditions, and the fill levels of a liquid in a container to be determined in a very simple manner.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung, in welcher durch das Verfahren das Volumen eines unregelmäßig geformten Behälters oder das Volumen eines Behälters, das von den jeweiligen Umgebungsbedingungen abhängt, ermittelbar ist, wird der Behälter vollständig mit einem Fluid gefüllt.According to an advantageous further development, in which the volume of an irregularly shaped container or the volume of a container which depends on the respective environmental conditions can be determined by the method, the container is completely filled with a fluid.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Alternative kann der Behälter mit einer Flüssigkeit gefüllt werden. Zweckmäßigerweise setzt man als Testmedium dann ebenfalls eine Flüssigkeit oder einen in dem Medium lösbaren Feststoff ein.According to a first advantageous alternative, the container can be filled with a liquid. A liquid or a solid which is soluble in the medium is then expediently also used as the test medium.
Entsprechend einer zweiten vorteilhaften Alternative kann der Behälter auch mit einem gasförmigen Fluid gefüllt sein. Hierbei kann das Gas in den Behälter eingebracht werden, oder es kann das Gas, beispielsweise Luft, die sich bereits in dem Behälter befindet, als Fluid eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise verwendet man in diesem Fall ein gasförmiges Testmedium.According to a second advantageous alternative, the container can also be filled with a gaseous fluid. Here, the gas can be introduced into the container, or the gas, for example air, which is already in the container, can be used as a fluid. In this case, a gaseous test medium is expediently used.
Insbesondere kann auch ein vorher evakuierter Behälter mit dem Gas geflutet und anschließend eine geringe vorbestimmte Menge eines Testgases eingebracht werden. Unter Umständen kann es für die Gleichverteilung des Testgases förderlich sein, wenn als erstes das Testgas eingebracht wird, und der Behälter erst anschließend mit dem Füllgas geflutet wird. In anderen Fällen kann es am zweckmäßigsten sein, das Testgas gleichzeitig mit dem Füllgas einzubringen.
Als Testgas kann hierbei vorteilhafterweise Wasserstoff verwendet werden, der sich sehr schnell im zu untersuchenden Volumen verteilt, so dass seine Konzentration schon nach kurzer Zeit und mit einfachen Mitteln gemessen werden kann.In particular, a previously evacuated container can also be flooded with the gas and then a small predetermined amount of a test gas can be introduced. Under certain circumstances, it may be beneficial for the uniform distribution of the test gas if the test gas is introduced first and the container is only subsequently flooded with the filling gas. In other cases, it may be most convenient to introduce the test gas at the same time as the fill gas. Hydrogen can advantageously be used as the test gas, which is distributed very quickly in the volume to be examined, so that its concentration can be measured after a short time and with simple means.
Wie bereits angedeutet, kann es unter besonderen Umständen zweckmäßig sein, ein Testmedium zu verwenden, dass in einem ersten Aggregatszustand vorliegt und in den Behälter eingebracht wird, und nach oder während des Einbringens in einen zweiten Aggregatszustand übergeht, in dem seine Konzentration gemessen wird. Z.B. kann es sich dabei um Flüssiggase unter hohem Druck und/oder bei tiefer Temperatur handeln, oder um sich vollständig auflösende feste Testmedien.As already indicated, it may be expedient in special circumstances to use a test medium which is in a first state of aggregation and is introduced into the container and which, after or during the introduction, changes to a second state of aggregation in which its concentration is measured. For example, it can be liquid gases under high pressure and / or at low temperature, or completely dissolving solid test media.
Neben den oben beschriebenen vorteilhaften Kombinationen der Aggregatszustände von des Fluids und des Testmediums, lassen sich auch beliebige andere Kombination einsetzen. So kann beispielsweise ein Feststoff in ein gasförmiges Medium sublimiert werden. Auch kann in gewissem Umfang Gas in einer Flüssigkeit gelöst werden.In addition to the advantageous combinations of the aggregate states of the fluid and the test medium described above, any other combination can also be used. For example, a solid can be sublimed into a gaseous medium. To a certain extent, gas can be dissolved in a liquid.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der eingangs beschriebenen Erfindung, in welcher sich das Verfahren zur Füllstandsmessung einer Flüssigkeit in einem Behälter einsetzen lässt, wird der Behälter nur teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt. In diesem Fall wird als Testmedium ebenfalls eine Flüssigkeit oder ein sich in der zu messenden Flüssigkeit lösbarer Feststoff eingesetzt. Durch diese Weiterbildung lassen sich insbesondere auch Füllstande in komplexen Behältern ermitteln, die durch eine einfache Pegelmessung nicht ermittelbar sind.According to another development of the invention described in the introduction, in which the method for measuring the level of a liquid in a container can be used, the container is only partially filled with a liquid. In this case, a liquid or a solid that is soluble in the liquid to be measured is also used as the test medium. This further development in particular also enables fill levels in complex containers to be determined which cannot be determined by a simple level measurement.
In allen zuvor beschriebenen Weiterbildungen können bevorzugterweise radioaktive Markierstoffe (Tracer) als Testmedien verwendet werden, da hiervon selbst bei kleinsten Mengen die Konzentration mit hoher Genauigkeit messbar ist. Die verwendeten radioaktiven Elemente oder Isotope hängen vom Einsatzgebiet ab. Insbesondere bei Messungen am menschlichen Körper, z.B. bei der Bestimmung der Blutmenge, werden natürlich Isotope mit geringer Strahlungsleistung und möglichst kurzer Halbwertszeit verwendet.
Wenn verschiedene radioaktive Isotope separat zur Verfügung stehen, die anhand der Strahlung unterschieden werden können, ist es möglich, mehrere aufeinanderfolgende Messungen durchzuführen, ohne dass zwischen den einzelnen Messungen die radioaktiven Stoffe entfernt werden müssen.In all of the developments described above, radioactive markers (tracers) can preferably be used as test media, since the concentration of these can be measured with high accuracy, even in the smallest quantities. The radioactive elements or isotopes used depend on the area of application. In particular in measurements on the human body, for example when determining the amount of blood, isotopes with low radiation power and the shortest possible half-life are of course used. If different radioactive isotopes are available separately, which can be differentiated on the basis of the radiation, it is possible to carry out several successive measurements without having to remove the radioactive substances between the individual measurements.
In vielen Fällen ist es erforderlich oder wünschenswert, dass das Testmedium nach der Konzentrationsmessung wieder möglichst vollständig entfernt wird. Insbesondere lassen sich dann wiederholte Messungen mit demselben Testmedium durchführen.In many cases it is necessary or desirable that the test medium be removed as completely as possible after the concentration measurement. In particular, repeated measurements can then be carried out using the same test medium.
Im Fall von Wasserstoff als Testmedium lässt sich dieses Entfernen besonders wirkungsvoll mit Hilfe eines Oxidationskatalysators durchführen, durch den der Wasserstoff gebunden wird. Vorzugsweise umfasst ein solcher Oxidationskatalysator Platinschaum.
In the case of hydrogen as the test medium, this removal can be carried out particularly effectively with the aid of an oxidation catalyst, by means of which the hydrogen is bound. Such an oxidation catalyst preferably comprises platinum foam.