AT524206B1 - Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden sowie Verfahren zur Dosierung mit einer derartigen Messvorrichtung - Google Patents

Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden sowie Verfahren zur Dosierung mit einer derartigen Messvorrichtung Download PDF

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Abstract

Es sind Messvorrichtungen zur Dosierung von Fluiden mit einem Behälter (10), in dem das Fluid gespeichert ist, einem Fluideinlass (12), der fluidisch mit dem Behälter (10) verbunden ist, einem Fluidauslass (48), der fluidisch mit einer Dosierstelle (11) verbindbar ist, einer Dosierleitung (13), über die der Fluideinlass (12) mit dem Fluidauslass (48) verbunden ist, und in der eine Förderpumpe (20), ein Dichtesensor (26), und ein Durchflussmesser (38) angeordnet sind, und mit einer Rückführleitung (50), die stromabwärts des Durchflussmessers (38) von der Dosierleitung (13) abzweigt und in den Behälter (10) mündet, bekannt. Um einerseits genaue Messergebnisse zu erhalten und andererseits bei geringem apparativen Aufwand den Platzbedarf an der Dosierstelle (11) zu minimieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Durchflussmesser (38) in einem Messeinheitsgehäuse (34) angeordnet ist, welches beabstandet zu einem Pumpeneinheitsgehäuse (16) angeordnet ist, in welchem zumindest die Förderpumpe (20) angeordnet ist, wobei das Pumpeneinheitsgehäuse (16) mit dem Messeinheitsgehäuse (34) über einen Verbindungsabschnitt (33) der Dosierleitung (13) lösbar miteinander verbunden sind.

Description

Beschreibung
MESSVORRICHTUNG ZUR DOSIERUNG VON FLUIDEN SOWIE VERFAHREN ZUR DOSIERUNG MIT EINER DERARTIGEN MESSVORRICHTUNG
[0001] Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden mit einem Behälter, in dem das Fluid gespeichert ist, einem Fluideinlass, der fluidisch mit dem Behälter verbunden ist, einem Fluidauslass, der fluidisch mit einer Dosierstelle verbindbar ist, einer Dosierleitung, über die der Fluideinlass mit dem Fluidauslass verbunden ist, und in der eine Förderpumpe, ein Dichtesensor und ein Durchflussmesser angeordnet sind, und mit einer Rückführleitung, die stromabwärts des Durchflussmessers von der Dosierleitung abzweigt und in den Behälter mündet sowie ein Verfahren zur Dosierung mit einer derartigen Messvorrichtung.
[0002] Derartige Messvorrichtungen werden beispielsweise für Ölverbrauchsmessungen an Testständen von Verbrennungsmotoren verwendet, wobei die Verbrauchsmessungen sowohl an Motoren aus dem Automobilbereich als auch an Großmotoren vorgenommen werden können. Die Herausforderung bei diesen Messvorrichtungen besteht darin, dass sowohl kleine nachzudosierende OÖlmengen von etwa 10g mit einer Genauigkeit von etwa 19 gemessen werden können müssen und andererseits auch die Füllung einer kompletten Olwanne mit einer Messunsicherheit von 1% vorgenommen werden können soll, wie dies beispielsweise bei einer Prüfstandsvorbereitung oder einer Olwannenkalibrierprozedur notwendig ist. Die geforderten Genauigkeiten sind auch bei auftretenden Vibrationen einzuhalten.
[0003] Eine Vorrichtung zur Messung des Fluidverbrauchs ist aus der EP 1 729 100 A1 bekannt. Diese umfasst einen kontinuierlich arbeitenden Durchflusssensor, einen Druckregler und eine Förderpumpe, die in einer Dosierleitung angeordnet sind, und eine Rückführleitung zur Rückführung des Fluids in den Behälter sowie eine Konditioniereinrichtung, die zumindest einen Wärmetauscher aufweist, der zur Erzeugung einer mittleren Temperatur des Fluids und einer Stabilisierung der Energie im Messkreis dient. Der apparative Aufwand ist jedoch relativ hoch, so dass ein großer Platzbedarf besteht. Dies ist vor allem unerwünscht, weil diese Vorrichtung zur Vermeidung von Messfehlern durch Temperaturgradienten zwischen dem Durchflusssensor und dem Verbrennungsmotor in unmittelbarer Nähe zum Motor angeordnet werden muss, da andernfalls aufgrund der thermischen Expansion des in der Dosierleitung befindlichen Fluids Dosierfehler verursacht werden. Diese entstehen vor allem bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen an der Messvorrichtung beziehungsweise am Behälter, insbesondere am Oltank und an der Dosierstelle beziehungsweise am Verbraucher.
[0004] Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, mit denen sowohl kleine nachdosierte Fluidmengen als auch große Mengen mit hohen Durchsätzen mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden können. Dabei soll der Platzbedarf in der Nähe der Dosierstelle minimiert werden. Des Weiteren ist es wünschenswert, dass die Messgenauigkeit auch bei längeren Pausen oder Anderungen der Umgebungstemperatur erhalten bleibt. Die Herstellkosten sollen dennoch reduziert werden.
[0005] Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
[0006] Die Messvorrichtung weist einen Behälter auf, in dem das Fluid, wie beispielsweise Öl gespeichert ist. Ein Fluideinlass ist mit dem Behälter verbunden, während ein Fluidauslass fluidisch mit einer Dosierstelle, welche ein Verbraucher, wie ein Verbrennungsmotor sein kann aber auch eine Olwanne sein kann, verbindbar ist. Zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass befindet sich eine Dosierleitung, in der eine Förderpumpe, ein Dichtensensor und ein Durchflussmesser angeordnet sind. Eine Rückführleitung zweigt von der Dosierleitung stromabwärts des Durchflussmessers ab und mündet in den Behälter, so dass das Fluid zwischen den Messungen im Kreis geführt werden kann. Erfindungsgemäß ist der Durchflussmesser in einem Messeinheitsgehäuse angeordnet.
[0007] Dieses ist mit einem Abstand, der mehrere Meter betragen kann, zu einem Pumpenein
heitsgehäuse angeordnet, in welchem zumindest die Förderpumpe angeordnet ist. Das Pumpeneinheitsgehäuse ist mit dem Messeinheitsgehäuse über einen Verbindungsabschnitt der Dosierleitung lösbar miteinander verbunden, so dass über diesen Verbindungsabschnitt das Fluid vom Pumpeneinheitsgehäuse in das Messeinheitsgehäuse strömen kann. So wird es möglich, den Platzbedarf an der Dosierstelle zu minimieren und dennoch sicherzustellen, dass der gemessene Massenstrom dem tatsächlich zur Dosierstelle zugeführten Massenstrom entspricht, da durch die nahe Anordnung gleiche Temperaturen und somit gleiche Dichten des Fluids vorausgesetzt werden können. Der Behälter, der je nach vorzunehmender Messung einen großen Platzbedarf aufweisen kann und das Pumpeneinheitsgehäuse können entsprechend in einem anderen Raum oder an einer beliebigen Position im Abstand vom Messeinheitsgehäuse angeordnet werden. Als Durchflussmesser können Coriolismesser genutzt werden, die jedoch wegen ihrer geringen Querschnitte einen größeren Druckverlust erzeugen und so bei hochviskosen Fluiden zumeist durch Volumenverdrängungszähler ersetzt werden, bei deren Verwendung die Temperatur und die Dichte zur Umrechnung in einen Massenstrom gemessen werden müssen.
[0008] Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst, bei dem vor der Dosierung das Fluid über die Rückführleitung im Kreis geführt wird, wobei das Fluid im unteren Bereich des Behälters entnommen wird und im oberen Bereich des Behälters zurückgeführt wird. Durch diesen Spülvorgang erfolgt ein Temperaturausgleich über den gesamten Kreislauf. Dies führt dazu, dass zeitliche Temperaturänderungen des Fluids während der Messung deutlich verringert werden, wodurch auch die daraus sonst folgenden Dichteänderungen entfallen und/oder zumindest verlangsamt und minimiert werden, die zu Messfehlern führen könnten. Temperaturänderungen während der folgenden Messungen treten so lediglich sehr träge auf.
[0009] Vorzugsweise ist im Pumpeneinheitsgehäuse stromabwärts der Förderpumpe in der Dosierleitung der Dichtesensor angeordnet. Dieser dient insbesondere zur Umrechnung eines Volumenstroms in einen Massenstrom. Bei Anordnung des Dichtemessers im Pumpeneinheitsgehäuse erfolgt eine Umrechnung der vom Dichtemesser gemessenen Basisdichte in die tatsächliche Mediendichte am Durchflussmesser mittels eines bekannten vom Fluid abhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wozu die dort herrschende Temperatur bekannt sein muss.
[0010] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn im Förderpumpengehäuse stromaufwärts der Förderpumpe in der Dosierleitung ein Filter angeordnet ist, der dazu dient, Schmutzstoffe aus dem Fluid auszufiltern, und durch die Schäden am Dichtesensor, am Durchflussmesser oder an der Förderpumpe vermieden werden.
[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Messeinheitsgehäuse stromaufwärts des Durchflussmessers in der Dosierleitung ein Rückschlagventil angeordnet, durch das ein Rückströmen des Fluids durch den Durchflussmesser, was zu Messfehlern führen kann, verhindert wird.
[0012] Des Weiteren ist im Messeinheitsgehäuse unmittelbar stromabwärts des Durchflussmessers in der Dosierleitung ein Temperatursensor angeordnet. Der Temperatursensor dient zur Berechnung der korrekten Dichte des Fluids bei der Umrechnung eines Volumenstroms in einen Massenstrom. Eine Drossel ist ebenfalls stromabwärts des Durchflussmessers angeordnet und schützt diesen vor Schäden oder Funktionsstörungen durch zu hohe anliegende Druckdifferenzen, die durch die Drossel auf zulässige Werte begrenzt werden.
[0013] Ein Absperrventil wird zusätzlich vor dem Fluidauslass angeordnet, wobei die Leitung zwischen dem Fluidauslass und dem Absperrventil möglichst kurz ausgeführt werden sollte. Das Absperrventil wird bei Durchströmung der Rückführleitung und zwischen den Messungen geschlossen, um die Messeinheit von der Dosierstelle trennen zu können.
[0014] Des Weiteren sollte in der Rückführleitung ein Fluidrückführventil angeordnet werden, um die Rückführleitung während der Messungen absperren zu können.
[0015] An der Dosierleitung im Messeinheitsgehäuse ist vorzugsweise ein Differenzdrucksensor angeordnet, der einen Differenzdruck über den Durchflussmesser misst. Mittels des Differenzdrucksensors wird sichergestellt, dass der Druckverlust im Durchflussmesser nicht zu groß wird.
In Abhängigkeit der Daten des Differenzdrucksensors kann bei zu hohen Druckdifferenzen die Drossel entsprechend nachgeregelt werden. Des Weiteren kann der Differenzdrucksensor dafür verwendet werden, bei der Kalibrierung des Durchflussmessers mit verschiedenen Durchflussraten auch die jeweiligen Differenzdrücke am Durchflussmesser aufzunehmen, welche von der Viskosität des Messmediums abhängig sind. Wird diese Kalibrierung mit mehreren Medien unterschiedlicher Viskosität wiederholt, so kann (insbesondere bei Verwendung eines Volumenverdrängerzählers) in weiterer Folge während eines Messvorgangs durch Einbezug dieser Kalibrierdaten die Messgenauigkeit bei etwaigen Viskositätsänderungen des Messmediums verbessert werden.
[0016] Der Dichtesensor im Pumpeneinheitsgehäuse ist vorteilhaft über ein Absperrorgan umgehbar. So kann ein am Dichtesensor auftretender unerwünscht hoher Druckverlust, der vor allem bei der Messung hochviskoser Fluide auftreten kann, aus dem Messkreis eliminiert werden.
[0017] Auch kann es vorteilhaft sein, wenn die Förderpumpe über ein Proportionalventil umgehbar ist, da auf diese Weise der Förderstrom in der Dosierleitung durch Anderung des Strömungswiderstandes in dieser Bypassleitung eingestellt werden kann. Dies ist vor allem erforderlich, um den Volumenstrom vor dem Ende einer Chargendosierung zu verringern und so eine exakte Dosiermenge einstellen zu können.
[0018] Des Weiteren ist es nützlich, wenn die Förderpumpe über ein Sicherheitsventil umgehbar ist. Dieses dient dem Schutz der nachfolgenden Komponenten und Schlauchleitungen vor zu hohen Drücken.
[0019] Vorzugsweise zweigt die Rückführleitung stromabwärts des Durchflussmessers geodätisch von der Dosierleitung nach oben ab. Luftblasen, welche sich beim Start der Dosierung zwischen dem Durchflussmesser und der Abzweigung der Rückführleitung befinden, werden so durch die geringere Dichte nach oben in Richtung der Rückführleitung abgeführt anstatt in Richtung der Dosierstelle gefördert zu werden, wo sie zu großen Messfehlern führen würden. Bei folgenden Spülvorgängen werden diese Luftblasen zuverlässig zum Behälter hin abgeführt.
[0020] In einer weiterführenden bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Dosierleitung hinter dem Durchflussmesser in absteigender Richtung, so dass auch Luftblasen aus diesem Bereich der Dosierleitung in die Rückführleitung abgeführt werden und Fehlmessungen vermieden werden.
[0021] Besonders bevorzugt ist es, wenn die Dosierleitung sich aufsteigend vom Fluidauslass erstreckt, wobei in dem sich aufsteigend erstreckenden Abschnitt der Dosierleitung das Absperrventil und die Drossel angeordnet sind. So können Luftblasen aus dem gesamten Bereich zwischen der Abzweigung der Rückführleitung und dem Fluidauslass zuverlässig abgeführt werden.
[0022] In einer hierzu weiterführenden Ausbildung der Erfindung erstreckt sich die Dosierleitung stetig steigend vom Fluidauslass in die Rückführleitung bis zum Fluidrückführventil. Durch diese stetige Ausbildung wird sichergestellt, dass vorhandene Luftblasen tatsächlich bis in die Rückführleitung gelangen und so beim Spülvorgang aus dem System entfernt werden können.
[0023] Vorzugsweise ist der stetig steigende Abschnitt der Dosierleitung aus einem Material mit einem Wärmeleitungskoeffizienten von über 30W/mK hergestellt und thermisch isoliert. Durch diese gute Wärmeleitung an der Dosierleitung und die gleichzeitige Isolierung nach außen wird die Wärme des Fluids im System bei einem Spülvorgang auch in den nicht durchspülten Bereich übertragen, in dem die Drossel und das Absperrventil angeordnet sind. So können Temperaturdifferenzen zwischen diesem Teilstück der Dosierleitung und der übrigen Dosierleitung, die zu Messfehlern führen könnten, eliminiert oder zumindest deutlich verringert werden.
[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchflussmesser ein Coriolisdurchflussmesser oder ein Volumenverdrängerzähler. Mit dem Coriolisdurchflussmesser kann direkt und ohne zusätzliche Rechenschritte ein Massenstrom bestimmt werden, allerdings bewirkt dieser aufgrund enger Leitungsquerschnitte insbesondere bei hohen Viskositäten des Messfluids erhöhte Druckverluste. In diesen Fällen wird ein rotatorischer Verdrängerzähler eingesetzt, dessen
gemessener Volumenstrom über die Dichte ebenfalls in einen Massenstrom umgerechnet werden kann und ebenfalls genaue Messwerte liefert.
[0025] Die Drossel ist vorteilhafterweise als in die Dosierleitung eingeführte Hülse zur Querschnittsverengung ausgebildet. Dies hat einerseits den Vorteil einer sehr kostengünstigen Lösung und andererseits wird durch die Hülse die Drosselfunktion zur Reduzierung der Druckdifferenz über den Durchflussmesser und zur Verringerung des Durchströmungsquerschnitts, wodurch eine schnelle Angleichung der Temperatur im Bereich der Drossel an die Temperatur des durchspülten Leitungsabschnitts der Dosierleitung erfolgt.
[0026] In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor der Dosierung das Fluidrückführventil geöffnet und das Absperrventil in der Dosierleitung im Messeinheitsgehäuse geschlossen. Daraufhin wird durch die Förderpumpe das Fluid im Kreis gefördert bis die Temperatur des Fluids am Temperatursensor etwa konstant ist. Dies bedeutet, dass sich durch das umlaufende Fluid die gesamte Anlege an eine Durchschnittstemperatur des Fluids angleicht. Anschließend wird die Förderpumpe ausgestellt und das Fluidrückführventil geschlossen. Im Folgenden wird zur Dosierung und Messung des Massenstroms das Absperrventil geöffnet, so dass die Förderpumpe das Fluid zur Dosierstelle fördert, während über den Durchflussmesser der Massenstrom gemessen wird.
[0027] Es wird somit eine Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden und ein Verfahren zur Dosierung von Fluiden mit einer derartigen Messvorrichtung geschaffen, mit denen durch einen Temperaturausgleich im System Fehler durch Temperaturunterschiede im System deutlich reduziert werden. Dennoch wird es möglich die Messeinheit mit wenig Bauraumbedarf nahe an der Dosierstelle zu platzieren, während der Behälter mit dem Fluid und die Pumpeneinheit in größerer Entfernung dazu eingerichtet werden können. So wird am Versuchsstand der Platzbedarf minimiert und Messfehler durch Temperaturunterschiede zwischen der Messstelle und der Dosierstelle vermieden. Messfehler durch zu einer Dosierstelle führende Dosierleitungen mit darin stehendem Fluid werden ausgeschlossen. So werden sehr genaue Messwerte mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau erzielt.
[0028] Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden ist in der Figur dargestellt und wird mit dem zugehörigen erfindungsgemäßen Verfahren nachfolgend beschrieben.
[0029] Die Figur zeigt ein Fließschema einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
[0030] Die erfindungsgemäße Messvorrichtung weist einen Behälter 10 auf, in dem das zu dosierende Fluid gespeichert wird. Dies kann beispielsweise eine Olwanne sein, die Ol einer Dosierstelle 11, wie beispielsweise einem großen Verbrennungsmotor an einem Teststand zur Verfügung stellt, wobei der Olverbrauch gemessen werden soll.
[0031] Im unteren Bereich des Behälters 10 ist eine Öffnung ausgebildet, welche einen Fluideinlass 12 in eine Dosierleitung 13 bildet. Dieser Abschnitt der Dosierleitung 13 ist als Schlauchleitung ausgebildet und über eine Schlauchkupplung 14 mit einem Pumpeneinheitsgehäuse 16 verbunden, in dem sich die Dosierleitung 13 fortsetzt.
[0032] Im Pumpeneinheitsgehäuse 16 ist ein Filter 18 in der Dosierleitung 13 angeordnet, über den Feststoffe aus dem Fluidstrom abgeschieden werden. Diese Dosierleitung führt weiter zu einer Förderpumpe 20, über die das Fluid aus dem Behälter 10 und durch die Dosierleitung 13 gefördert wird. Die Förderpumpe 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel wahlweise über ein Proportionalventil 22 oder ein Sicherheitsventil 24 umgehbar. Das Sicherheitsventil 24 schützt die Leitungen, Komponenten und Kupplungen der Messvorrichtung vor zu hohen Drücken, indem das Sicherheitsventil 24 bei zu hohem Druck öffnet, wodurch der Pumpendruck der Förderpumpe 20 fällt. Das alternativ oder zusätzlich in einer weiteren die Förderpumpe 20 bypassierenden Umgehungsleitung 25 angeordnete Proportionalventil 22 dient der Regelung des Durchströmungsquerschnitts und damit des Strömungswiderstandes in dieser Umgehungsleitung 25, wodurch die Durchflussrate in der Dosierleitung 13 geändert werden kann, um beispielsweise einen exakten Dosierstopp-Zeitpunkt einstellen zu können, indem der dosierte Massenstrom vor dem Ende der
Dosierung langsam verringert wird.
[0033] Ebenfalls im Pumpeneinheitsgehäuse 16 ist in der Dosierleitung 13 ein Dichtesensor 26 angeordnet, über den die Dichte des Fluids zur Umrechnung eines Volumenstroms in einen Massenstrom gemessen wird. Diese Dichte ist temperaturabhängig, so dass eine Umrechnung der vom Dichtesensor 26 gemessenen Dichte auf eine tatsächliche Dichte im Bereich einer Volumenstrammessung in Abhängigkeit der dort vorliegenden Temperatur vorgenommen werden muss. Für den Fall, dass der Strömungswiderstand des Dichtesensors 26 zu hoch ist, so dass die in der Dosierleitung 13 gewünschte Durchflussrate nicht erreicht werden kann, wird eine den Dichtesensor 26 umgehende Bypassleitung 30 vorgesehen, in der ein Absperrorgan 28 angeordnet ist, so dass die Bypassleitung 30 geöffnet oder geschlossen werden kann, wobei bei Offnung der Bypassleitung 30 der Durchfluss in der Dosierleitung 13 und zur Dosierstelle 11 erhöht wird.
[0034] Somit bilden die Förderpumpe 20 mit dem Filter 18 und dem Dichtesensor 26 sowie den beschriebenen Ventilen 22, 24, 28 und Umgehungsleitungen 25, 30 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Pumpeneinheit 32, die im Pumpeneinheitsgehäuse 16 angeordnet ist.
[0035] Stromabwärts des Dichtesensors 26 mündet die Dosierleitung 13 zunächst an einer weiteren am Pumpeneinheitsgehäuse 16 vorgesehenen weiteren Schlauchkupplung 14. An dieser ist erfindungsgemäß ein Verbindungsabschnitt 33 der Dosierleitung 13 befestigt, wobei jegliche andere Kopplung ebenfalls im Sinne der Erfindung möglich ist. Dieser Verbindungsabschnitt führt zu einer weiteren Schlauchkupplung 14, die an einem Messeinheitsgehäuse 34 befestigt ist, so dass das Pumpeneinheitsgehäuse 16 und das Messeinheitsgehäuse 34 in einem beliebigen Abstand zueinander angeordnet werden können.
[0036] Im Messeinheitsgehäuse setzt sich die Dosierleitung 13 entsprechend fort. In der Dosierleitung 13 im Messeinheitsgehäuse 34 ist ein Rückschlagventil 36 stromaufwärts eines Durchflussmessers 38 angeordnet, welches verhindert, dass Fluid in umgekehrter Richtung durch den Durchflussmesser 38 strömt. Dieser ist je nach vorhandener Viskosität als Coriolisdurchflussmesser oder Volumenverdrängerzähler wie beispielsweise Zahnrad-, Ovalrad- oder Schraubenspindelzähler auszuführen.
[0037] In einer den Durchflussmesser 38 umgehenden Druckleitung 41 kann ein Differenzdrucksensor 40 angeordnet werden, über den entsprechend der Druckabfall über den Durchflussmesser 38 bestimmt werden kann, was insbesondere dann sinnvoll ist, wenn es sich um einen Durchflussmesser handelt, bei dem der Druckverlust im Betrieb einen definierten Wert nicht überschreiten darf. In diesem Fall ist sttromabwärts des Durchflussmessers 38 im Messeinheitsgehäuse 34 in der Dosierleitung 13 eine einstellbare Drossel 44 angeordnet, über die in Abhängigkeit der Messwerte des Differenzdrucksensors 40 der Druckabfall über den Durchflussmesser 38 eingestellt werden kann.
[0038] Des Weiteren ist in unmittelbarer Nähe zum Durchflussmesser 38 ein Temperatursensor 42 angeordnet, über den die Fluidtemperatur gemessen wird, welche sowohl dazu genutzt wird, einzuschätzen, ob in der gesamten Messvorrichtung eine etwa gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt als auch um eine Korrektur der Dichte zur Berechnung eines Massenstroms vornehmen zu können.
[0039] Stromabwärts der Drossel 44 ist in der Dosierleitung 13 auch noch ein Absperrventil 46 vor einem Fluidauslass 48 angeordnet, über den die Verbindung zu Dosierstelle hergestellt wird. Das Absperrventil 46 dient dazu die Messvorrichtung von der Dosierstelle 11 fluidisch trennen zu können.
[0040] Von der Dosierleitung 13 zweigt zwischen dem Durchflussmesser 38 und der Drossel 44 eine Rückführleitung 50 ab, in der ein Fluidrückführventil 52 angeordnet ist, welches als Schaltventil ausgebildet ist, so dass die Rückführleitung 50 freigegeben oder geschlossen werden kann. Die Rückführleitung 50 führt über einen Verbindungsabschnitt 54 zwischen dem Messeinheitsgehäuse 34 und dem Pumpeneinheitsgehäuse 16 in das Pumpeneinheitsgehäuse und mündet stromabwärts des Pumpeneinheitsgehäuses in einen oberen Bereich des Behälters 10. Die Verbindung der einzelnen Leitungsabschnitte innerhalb und außerhalb des Pumpeneinheitsgehäu-
ses 16 und des Messeinheitsgehäuses 34 erfolgt erneut über Schlauchkupplungen 14, wobei auch hier beliebige andere Verbindungen der Leistungsabschnitte denkbar sind.
[0041] Der Durchflussmesser 38 mit seiner Druckleitung 41, das Rückschlagventil 36, die Drossel 44, das Absperrventil 46, das Fluidrückführventil 52 und der Temperatursensor 42 bilden im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Messeinheit 56, die im gemeinsamen Messeinheitsgehäuse 34 angeordnet ist und die einen geringen Bauraumbedarf aufweist und in unmittelbarer Nähe zur Dosierstelle 11 angeordnet werden kann.
[0042] Ein stromabwärtiger Abschnitt 49 der Dosierleitung 13 erstreckt sich vom Fluidauslass 48 über das Absperrventil 46 und über die Drossel 44 bis in die Rückführleitung 50 im Messeinheitsgehäuse 34 stetig aufsteigend. Dieser Abschnitt 49 sollte auch möglichst nah am Durchflussmesser 38 platziert werden. Dies dient dazu, dass Gasblasen zwischen dem Durchflussmesser 38 und dem Fluidauslass 48 in die Rückführleitung 50 aufsteigen und so nicht zur Dosierstelle 11 gelangen, da dies zu einer Verfälschung der Messergebnisse führen würde, da diese Gasblasen als gefüllter Leitungsabschnitt am Durchflussmesser 38 mitgemessen werden würden, wenn die Gasblasen nicht abgeführt würden.
[0043] Erfindungsgemäß wird vor jeder Dosierung zunächst ein Spülvorgang durchgeführt. Hierzu wird das Absperrventil 46 geschlossen und das Fluidrückführventil 52 geöffnet. Durch Bestromung der Förderpumpe 20 wird daraufhin über die Dosierleitung 13 und die Rückführleitung 50 das Fluid im Kreis aus dem Behälter und über die Pumpeneinheit 32 und die Messeinheit 56 zurück in den Behälter 10 gefördert, wodurch zunächst die Gasblasen aus dem Abschnitt der Rückführleitung 50 stromaufwärts des Fluidrückführventils 52 in den Behälter 10 gefördert werden und so keine Messungen mehr verfälschen können. Des Weiteren hat diese Förderung zur Folge, dass ein Temperaturausgleich zwischen den verschiedenen Abschnitten der Dosierleitung 13, dem Behälter 10 und der Rückführleitung 50 erfolgt, da sich durch das Zuführen im oberen Bereich des Behälters 10 und das Abführen aus dem unteren Bereich des Behälters 10 und das gleichmäßige Durchströmen aller Leitungsabschnitte eine Durchschnittstemperatur einstellt, welche unabhängig von der Entfernung des Behälters 10 zur Pumpeneinheit 32 und der Pumpeneinheit 32 zur Messeinheit 56 ist und die vom Temperatursensor 42 gemessen werden kann, so dass eine Dosierung, falls gewünscht, erst begonnen wird, wenn sich über einen definierten Zeitabschnitt die Temperaturdifferenzen innerhalb eines vorgegebenen Intervalls bewegen. Sobald dies der Fall ist wird die Förderpumpe 20 zunächst ausgestellt, und das Fluidrückführventil 52 geschlossen. Zum Starten des Dosiervorgangs wird die Förderpumpe 20 wieder eingeschaltet und das Absperrventil 46 geöffnet, so dass nunmehr das Fluid aus dem Behälter 10 über die Förderpumpe 20 und den Durchflussmesser 38 zum Fluidauslass und somit zur Dosierstelle gefördert werden. So wird auch sichergestellt, dass der gesamte Massenfluss ausschließlich über die Dosierleitung 13 erfolgt. Der Durchflussmesser 38 misst im Betrieb den über ihn geführten und damit der Dosierstelle 11 zugeführten Massenstrom oder Volumenstrom, der mittels der ermittelten Dichte in einen Massenstrom umgerechnet werden kann.
[0044] Dabei bleibt die Temperatur des Fluids weitestgehend konstant, so dass sehr genaue Messergebnisse erzielt werden. Auch Fehler durch einen Abstand und eine damit eventuell verbundene Temperaturdifferenz zwischen dem Durchflussmesser 38 und der Dosierstelle 11 werden vermieden, da die Messeinheit 56 in unmittelbarer Nähe zur Dosierstelle 11 angeordnet werden kann, ohne dass ein erhöhter Platzbedarf besteht, denn die Pumpeneinheit 32 und der Behälter 10 können in mehreren Metern Abstand zur Messeinheit 56 angeordnet werden, da die Messvorrichtung in verschiedene Einheiten unterteilt ist, die lediglich durch lösbare Leitungen miteinander verbunden sind. Durch eine derartige Messvorrichtung können sowohl große als auch kleine Dosiermengen sehr genau bestimmt werden. Die Messgenauigkeit wird auch bei längeren Pausenzeiten oder veränderten Umgebungstemperaturen beibehalten. Dennoch ist dieser Aufbau sehr kostengünstig, da wenige Bauteile benötigt werden. So kann beispielsweise auf Wärmetauscher zur Herstellung eines Temperaturgleichgewichtes verzichtet werden. Zusätzlich werden Messfehler durch Gasblasen in der Dosierleitung zuverlässig vermieden.
[0045] Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Hauptansprüche nicht
auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. So sind alle gestrichelt dargestellten Bauteile lediglich optional vorhanden. Auch kann der Dichtesensor an einer beliebigen Position oder in einer zusätzlichen Bypassleitung angeordnet werden. Die Rückführleitung kann auch außerhalb des Pumpeneinheitsgehäuses geführt und so der Behälter direkt mit der Messeinheit verbunden werden. Statt der einstellbaren Drossel kann eine Querschnittsverengung durch eine eingesteckte Hülse zur Verminderung der Druckdifferenz am Durchflussmesser eingesetzt werden. Auf eine Drossel kann gegebenenfalls insbesondere bei Volumenverdrängerzählern ebenfalls verzichtet werden.

Claims (22)

Patentansprüche
1. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden mit einem Behälter (10), in dem das Fluid gespeichert ist, einem Fluideinlass (12), der fluidisch mit dem Behälter (10) verbunden ist, einem Fluidauslass (48), der fluidisch mit einer Dosierstelle (11) verbindbar ist, einer Dosierleitung (13), über die der Fluideinlass (12) mit dem Fluidauslass (48) verbunden ist, und in der eine Förderpumpe (20), ein Dichtesensor (26), und ein Durchflussmesser (38) angeordnet sind, und mit einer Rückführleitung (50), die stromabwärts des Durchflussmessers (38) von der Dosierleitung (13) abzweigt und in den Behälter (10) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (38) in einem Messeinheitsgehäuse (34) angeordnet ist, welches beabstandet zu einem Pumpeneinheitsgehäuse (16) angeordnet ist, in welchem zumindest die Förderpumpe (20) angeordnet ist, wobei das Pumpeneinheitsgehäuse (16) mit dem Messeinheitsgehäuse (34) über einen Verbindungsabschnitt (33) der Dosierleitung (13) lösbar miteinander verbunden sind.
2. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtesensor (26) im Pumpeneinheitsgehäuse (16) stromabwärts der Förderpumpe (20) in der Dosierleitung (13) angeordnet ist.
3. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpeneinheitsgehäuse (16) stromaufwärts der Förderpumpe (20) in der Dosierleitung (13) ein Filter (18) angeordnet ist.
4. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Messeinheitsgehäuse (34) stromaufwärts des Durchflussmessers (38) in der Dosierleitung (13) ein Rückschlagventil (36) angeordnet ist.
5. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Messeinheitsgehäuse (34) unmittelbar stromabwärts des Durchflussmessers (38) in der Dosierleitung (13) ein Temperatursensor (42) angeordnet ist.
6. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Messeinheitsgehäuse (34) stromabwärts des Durchflussmessers (38) in der Dosierleitung (13) eine Drossel (44) angeordnet ist.
7. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Messeinheitsgehäuse (34) stromabwärts des Durchflussmessers (38) in der Dosierleitung (13) unmittelbar straomaufwärts des Fluidauslasses (48) ein Absperrventil (46) angeordnet ist.
8. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (50) ein Fluidrückführventil (52) angeordnet ist.
9. Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Dosierleitung (13) im Messeinheitsgehäuse (34) ein Differenzdrucksensor (40) angeordnet ist, der einen Differenzdruck über den Durchflussmesser (38) misst.
10.
11.
12.
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16.
17.
18.
19.
20.
21.
Österreichischer AT 524 206 B1 2022-04-15
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtesensor (26) über ein Absperrorgan (28) umgehbar ist.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (20) über ein Proportionalventil (22) umgehbar ist.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (20) über ein Sicherheitsventil (24) umgehbar ist.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Rückführleitung (50) straomabwärts des Durchflussmessers (38) von der Dosierleitung (13) geodätisch nach oben abzweigt.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Dosierleitung (13) stromabwärts des Durchflussmessers (38) in absteigender Richtung erstreckt.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Dosierleitung (13) sich aufsteigend vom Fluidauslass (48) erstreckt, wobei in dem sich aufsteigend erstreckenden Abschnitt (49) der Dosierleitung (13) das Absperrventil (46) und die Drossel (44) angeordnet sind.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Dosierleitung (13) stetig steigend vom Fluidauslass (48) in die Rückführleitung (50) bis zum Fluidrückführventil (52) erstreckt.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der stetig steigende Abschnitt (49) der Dosierleitung (13) aus einem Material mit einem Wärmeleitungskoeffizienten von über 30W/mK hergestellt ist und thermisch isoliert ist.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchflussmesser (38) ein Coriolisdurchflussmesser oder ein Volumenverdrängerzähler ist.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der Ansprüche 5 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drossel (44) als in die Dosierleitung (13) eingeführte Hülse zur Querschnittsverengung ausgebildet ist.
Messvorrichtung zur Dosierung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Pumpeneinheitsgehäuse (16) mit dem Messeinheitsgehäuse (34) über einen Verbindungsabschnitt (54) der Rückführleitung (50) lösbar miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Dosierung mit einer Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor der Dosierung das Fluid über die Dosierleitung und die Rückführleitung (50) im Kreis geführt wird, wobei das Fluid im unteren Bereich des Behälters (10) entnommen wird und im oberen Bereich des Behälters (10) zurückgeführt wird.
22. Verfahren zur Dosierung nach Anspruch 21 mit einer Messvorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Dosierung das Fluidrückführventil (52) geöffnet wird, das Absperrventil (46) in der Dosierleitung (13) im Messeinheitsgehäuse (34) geschlossen wird und das Fluid durch die Förderpumpe (20) im Kreis gefördert wird bis die Temperatur des Fluids am Temperatursensor (42) konstant ist und anschließend die Förderpumpe (20) ausgestellt wird und das Fluidrückführventil (52) geschlossen wird und im Folgenden zur Messung des Massenstroms das Absperrventil (46) geöffnet wird und das Fluid über die Förderpumpe (20) zur Dosierstelle (11) gefördert wird, während über den Durchflussmesser (38) der Massenstrom gemessen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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