DE10044491A1 - Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, Gasbeladungsmesseinrichtung und Gasbeladungsregler unter Verwendung der Dichtemesseinrichtung - Google Patents
Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, Gasbeladungsmesseinrichtung und Gasbeladungsregler unter Verwendung der DichtemesseinrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, insbesondere einer fließfähigen Kunststoffmasse, unter Standardbedingungen mit einer die Flüssigkeit aufnehmenden Messkammer. Um eine schnelle und zuverlässige Dichtebestimmung zu ermöglichen, wird eine Druckmesseinrichtung (7) zur Bestimmung des Druckes, unter dem sich die Flüssigkeit befindet, vorgesehen sowie eine Einrichtung (6) zur mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit oder einer dichteabhängigen physikalischen Größe, wobei des weiteren Mittel (8) vorgesehen sind, die aufgrund einer bekannten Abhängigkeit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit oder der dichteabhängigen Größe von dem äußeren Druck die Dichte der Flüssigkeit unter Standardbedingungen berechnen. Des weiteren wird eine Einrichtung zur Bestimmung der Gasbeladung sowie ein Gasbeladungsregler auf diesem Prinzip vorgeschlagen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtemesseinrichtung zur Ermitt
lung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden
Flüssigkeit, insbesondere einer fließfähigen Kunststoffmasse,
mit einer die Flüssigkeit aufnehmenden Messkammer, mittels
derer die Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit unter
Standardbedingungen ermittelbar ist.
Derartige Dichtemesseinrichtungen werden insbesondere zur
Dichtemessung von gasbeladenen Kunststoffmassen eingesetzt,
die beispielsweise die Grundkomponenten einer Kunststoffmi
schung oder die zu verarbeitende Kunststoffmasse selber dar
stellen können. Die Bestimmung der Dichte der Kunststoffmasse
bzw. der Gasbeladung derselben ist bei der Herstellung ge
schäumter Kunststoffartikel von großer Bedeutung, da durch die
Dichte und damit die Gasbeladung der fließfähigen Kunststoff
masse die Eigenschaften des resultierenden Kunststoffartikels
maßgeblich mitbestimmt werden.
Es ist bekannt, die Gasbeladung einer Flüssigkeit wie z. B.
einer fließfähigen Kunststoffmasse dadurch zu bestimmen, daß
die Flüssigkeit auf den jeweiligen Standarddruck entspannt
wird, so daß bei diesem Standarddruck die Dichte der gasbe
ladenen Flüssigkeit mittels geeigneter Verfahren bestimmbar
ist.
Unter Standardbedingungen seien hierbei von die jeweiligen
zuvor definierten Bedingungen nach Druck oder auch anderen
Prozessparametern wie Temperatur usw. verstanden, z. B. solche
von 23°Celsius und einer Atmosphäre, ohne hierauf beschränkt
zu sein.
Zur Bestimmung der Gasbeladung einer Flüssigkeit ist aus der
EP 581 207 B1 eine Messeinrichtung bekannt, die die Verschie
bung eines Messkolbens bei der Entspannung bzw. Entgasung der
Flüssigkeit als Maß für die Gasbeladung der Flüssigkeit her
anzieht. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die Entspannung
der Flüssigkeit einen großen Zeitraum einnehmen kann, ins
besondere wenn hochviskose Flüssigkeiten wie bestimmte Kunst
stoffmassen vorliegen. Längere Messzeiten sind jedoch ins
besondere bei der Prozesskontrolle bei der Herstellung ent
sprechender Kunststoffartikel nicht immer akzeptabel und kön
nen zu Messfehlern bei nicht vollständiger Entgasung führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtemessein
richtung bzw. Gasbeladungsmesseinrichtung zu schaffen, die
eine schnelle Ansprechzeit aufweist und eine zuverlässige
Bestimmung der Dichte bzw. Gasbeladung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Dichtemesseinrichtung gelöst, die
eine Druckmesseinrichtung zur Bestimmung des Druckes, unter
dem sich die Flüssigkeit befindet, aufweist. Des weiteren ist
eine Einrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung
der Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit vorgesehen.
Hierunter soll jegliche Einrichtung verstanden werden, mittels
welcher die Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit, ggf.
unter Kenntnis weiterer Parameter und/oder nach vorheriger
Eichung des Systems, bestimmbar ist wie z. B. Einrichtungen zur
Bestimmung der Masse der Flüssigkeit in einem Bezugsvolumen
oder andere von der Flüssigkeitsdichte abhängige Parameter wie
beispielsweise thermische oder elektrische Leitfähigkeiten,
dielektrische oder optische Eigenschaften usw. Des weiteren
sind Mittel vorgesehen, die aufgrund einer bekannten Abhängig
keit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit von dem äußeren
Druck oder eines die Dichte bestimmenden Parameters wie z. B.
der Masse eines Bezugsvolumens die Dichte der gasbeladenen
Flüssigkeit unter Standardbedingungen berechnen. Des weiteren
können Einrichtungen zur Anzeige der bestimmten Dichte und
jedes bestimmten Parameters oder Zwischenwertes der Berechnung
vorgesehen ein.
Die Abhängigkeit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit von
dem äußeren Druck kann aufgrund einer vorhergehenden experi
mentellen Bestimmung bekannt sein oder z. B. rein rechnerisch
über die ideale oder reale Kompressibilität des Gases in Ab
hängigkeit von dem Druck aufgrund allgemein bekannter physika
lischer Gesetzmässigkeiten berechnet werden. Hierbei kann ggf.
davon ausgegangen werden, daß die Flüssigkeit selber nicht
kompressibel ist. Die experimentelle Bestimmung der Dichte
abhängigkeit der gasbeladenen Flüssigkeit von dem Druck hat
den Vorteil, daß Dichteanomalien z. B. aufgrund von Löslich
keitsänderungen des Gases erfaßt und bei der Berechnung der
Dichte unter Standardbedingungen berücksichtigt werden können.
Vorzugsweise umfaßt die Druckmesseinrichtung Drucksensoren,
die derart angeordnet ist, daß der Druck innerhalb der Ein
richtung zur Bestimmung der Dichte mittelbar oder unmittelbar
erfassbar ist. Hierzu kann ein Drucksensor unmittelbar in der
Dichtebestimmungseinrichtung, z. B. einem Durchflußmengenmes
ser, der vorteilhafterweise als Coriolis-Messzelle ausgeführt
sein kann, angeordnet sein. Es können auch Drucksensoren vor
und hinter der Dichtebestimmungseinrichtung vorgesehen sein,
vorzugsweise jeweils unmittelbar vor und hinter derselben, so
daß durch eine Interpolation oder Mittelwertbildung der beiden
Druckbestimmungen der Druck innerhalb der Dichtebestimmungs
einrichtung bestimmbar ist. Hierdurch kann bei der Druck- bzw.
bei der Dichtebestimmung unter Berücksichtigung des derart
bestimmten Druckes eine höhere Genauigkeit erzielt werden.
Unter Druckmesseinrichtungen bzw. Drucksensoren seien stets
solche verstanden, die den Druck unmittelbar oder auch mittel
bar aufgrund druckabhängiger Größen ermitteln.
Die jeweiligen Parameter werden vorzugsweise an der unter
Prozeßdruck stehenden Flüssigkeit bestimmt, sie können gegebe
nenfalls auch nach einer teilweisen Entspannung der Flüssig
keit ermittelt werden.
Die Mittel zur Berechnung der Dichteabhängigkeit der Flüssig
keit können als externer Rechner, vorzugsweise als in eine
weitergehende Prozeßsteuerung integrierter Rechner realisiert
sein, wobei die Ausgabedaten der Messwerterfassungseinrichtun
gen dem Rechner vorzugsweise automatisch zugeführt werden.
Vorzugsweise ist die Einrichtung zur mittelbaren oder unmit
telbaren Dichtebestimmung der gasbeladenen Flüssigkeit, z. B.
eine Massenbestimmungseinrichtung, gleichzeitig zur Ermittlung
der Durchflussmenge der Flüssigkeit durch die Messkammer ge
eignet. Als Messkammer sei hier jegliche Messstrecke verstan
den. Zum einen sind derartige Durchflussmengenmesser weit
verbreitet und zuverlässig in der Betriebsweise, zum anderen
sind sie ohnehin in einer Prozesseinrichtung zur Prozeßüberwa
chung zumeist vorgesehen. Eine zusätzliche Dichtemesseinrich
tung ist hierdurch nicht mehr notwendig.
Als besonders zuverlässig haben sich zur Dichte- bzw. Massen
bestimmung und zur Durchflussmengenbestimmung Coriolis-Mess
zellen erwiesen, die als solche bekannt sind. Die Messung kann
beispielsweise auf der Auswertung der Resonanzschwingungen von
zwei Messrohren basieren, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Liegt ein System vor, bei welchem die gasbeladene und unter
Druck stehende Flüssigkeit durch Leitungssysteme geführt wird,
so sind vorzugsweise die Einrichtungen zur Bestimmung der
Dichte bzw. des Druckes in der flüssigkeitsführenden Leitung
integriert oder mit dieser strömungsgekoppelt. Eine Überfüh
rung der gasbeladenen Flüssigkeit in eine separate Messzelle
ist hierdurch nicht notwendig. Die erforderlichen Messein
richtung bzw. Sensoren können jedoch auch in einem Leitungs
abschnitt angeordnet sein, der durch geeignete Ventileinrich
tungen von den durchströmbaren Leitungen der Prozesseinrichtung
getrennt ist, so daß der Rohrabschnitt nur bei Einleitung
einer Dichtemessung freigegeben wird. Der Auslass dieses Rohr
leitungsabschnittes kann mit einer flüssigkeitsführenden Lei
tung des Prozeßsystems oder mit einer weiteren Einrichtung,
z. B. einer Aufnahmeeinrichtung für die Flüssigkeit nach der
Dichtemessung verbunden sein.
Vorteilhafterweise sind in einem flüssigkeitsführenden System
mit Zwangsdurchströmung, z. B. in einem Kreislaufsystem mit
Zwangsumwälzung, die die Messeinrichtungen zur Dichtebe
stimmung aufweisenden Leitungsabschnitte mit Mitteln zur Un
terbrechung der Zwangsdurchströmung versehen, so daß die ent
sprechenden Messeinrichtungen (Druck-, Dichte- bzw. Massen
bestimmungseinrichtung o. dgl.) zumindest nach der Unterbre
chung der Zwangsdurchströmung Daten zur Bestimmung der Dichte
unter Standardbedingungen erfassen können. Hierdurch können
Messfehler der Dichte aufgrund eines zusätzlich auf die Flüs
sigkeit wirkenden dynamischen Druckes bzw. Staudruckes kor
rigiert werden, die eine verglichen mit einer ruhenden Flüs
sigkeit erhöhte Kompression und damit erhöhte Dichte ergeben
würden. Die Mittel zur Unterbrechung der Zwangsdurchströmung
können mit dem die Zwangsdurchströmung bewirkenden Mitteln wie
z. B. eine Umwälzpumpe, gekoppelt sein, so daß zu dem Zeit
punkt, zu dem eine Dichtebestimmung erfolgen soll z. B. die
Umwälzpumpe ausgeschaltet wird. Sind die entsprechenden Mess
einrichtungen in einem abtrennbaren Leitungsabschnitt angeord
net so kann der Einlass dieses Leitungsabschnittes versperrt
werden, so daß die Flüssigkeit weiterhin das System durch
strömt bzw. umgewälzt wird. Zur Verringerung von Messfehlern
kann in dem abtrennbaren Leitungsabschnitt ein geeigneter
Druckausgleich vorgesehen sein. Eine Korrektur bezüglich des
Staudruckes kann auch empirisch erfolgen, z. B. aufgrund der
gemessenen Fließgeschwindigkeit bzw. des gemessenen Massen
flusses der Flüssigkeit oder aufgrund von Näherungsrechnungen
unter Berücksichtigung der gegebenen Leitungsquerschnitte,
Viskosität der Flüssigkeit usw.. Die Messeinrichtungen können
auch in einem abtrennbaren Bereich der Leitung angeordnet
sein, so daß ein Teilstrom abgerenzt wird, wobei eine paralleler
Teilstrom desselben Leitungsquerschnittes weiter
fließt.
Vorteilhafterweise sind des weiteren Mittel zur zeitabhängi
gen, z. B. kontinuierlichen oder stufenweisen, Erfassung der
zur Bestimmung der Dichte erforderlichen Parameter vorgesehen,
so daß der zumindest annähernde Gleichgewichtszustandes des
Systems bei unterbrochener Zwangsdurchströmung bestimmbar sind
und die erforderlichen Parameter im zumindest annähernden
Gleichgewichtszustand erfaßt werden können. Hierdurch kann die
Relaxationszeit der Flüssigkeit nach Unterbrechung der Zwangs
durchströmung bzw. Zwangsumwälzung erfaßt werden, so daß die
entsprechende Dichtebestimmung erfolgt, wenn die ruhende Flüs
sigkeit sich zumindest annähernd im Gleichgewichtszustand
befindet und Fehler aufgrund des dynamischen Druckes bzw.
Staudruckes eliminiert werden können. Eine Abweichung von dem
Gleichgewichtszustand der unter Druck stehenden Flüssigkeit
kann hierbei in Abhängigkeit von der erwünschten Messgenau
igkeit zugelassen werden. Die Einstellung des Gleichgewichts
zustandes kann beispielsweise durch eine zeitabhängige Druck
messung der Flüssigkeit erfolgen. Die Änderung zumindest eines
der relevanten Parameter bei der Gleichgewichtseinstellung des
Systems kann auch über einen bestimmten Zeitraum verfolgt
werden, wobei nach einer gewissen Zeit eine rechnerische Ex
trapolation des oder der Parameter und damit auch der zu be
stimmenden Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit auf
den Gleichgewichtszustand erfolgt, so daß die Messzeit ins
gesamt verkürzt werden kann.
Des weiteren können an geeigneten Stellen, vorzugsweise un
mittelbar benachbart oder integriert mit der Druckmessein
richtung sowie Einrichtung zur Dichtemessung Temperaturmess
einrichtungen zur mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung
der Temperatur der Flüssigkeit vorgesehen sein. Temperatur
änderungen aufgrund der Zwangsdurchströmung bzw. -umwälzung
der Flüssigkeit oder äußeren Einflüssen können erfaßt werden.
Des weiteren kann eine rechnerische Ermittlung der Dichte der
unter Druck stehenden Flüssigkeit bei von der vorgegebenen
Standardtemperatur abweichenden Temperaturen berücksichtigt
werden bzw. eine Temperaturkorrektur erfolgen.
Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung ist allgemein zur
Dichtemessung von gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüs
sigkeiten geeignet, bei welcher die Dichte der Flüssigkeit
unter vorgegebenen Standardbedingungen zu bestimmen ist. Der
artige Flüssigkeiten können beispielsweise Schäume, insbeson
dere Kunststoffschäume darstellen, bei welchen eine Komponente
des Kunststoffes oder die zu einem Gegenstand zu verarbeitende
Kunststoffmasse aufgeschäumt bzw. gasbeladen sind, ohne hier
auf beschränkt zu sein. So kann z. B. die Dichte von Polyu
rethanschäumen bestimmt werden oder die Dichte des mit einem
Gas wie Luft oder Stickstoff beladenen Polyols, das der Her
stellung eines Polyurethans dient. Entsprechendes gilt bei
spielsweise auch für die Basiskomponenten bzw. vernetzten
Komponenten bei der Herstellung von geschäumten Silikonen.
Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung ist sowohl zur
Bestimmung der Dichte von tixotropen als auch von nichttixo
tropen Schäumen geeignet.
Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung ist insbesondere
bei gasbeladenen Flüssigkeiten mit einem Gasgehalt von mehr
als 5 Gew.-% Gas bezogen auf das Gewicht der gasbeladenen
Flüssigkeit einsetzbar, ohne hierauf beschränkt zu sein, ins
besondere auch im dem bei der Herstellung von Kunststoffschäu
men oftmals relevanten Bereich von bis 50 Gew.-%, z. B. im
Bereich von 20 bis 35 Gew.-% Gas bezogen auf die gasbeladene
Flüssigkeit. Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung ist
jedoch auch bei geringeren Gewichtsanteilen des Gases einsetz
bar, z. B. im Bereich von unter 5 Gew.-% Gas in dem aufge
schäumten Polymer, oder bei Gasbeladungen von größer 50 Gew.-
%. Die erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung z. B. auch zur
Ermittlung der Dichte des luftbeladenen Polyols bei der Polyu
rethanherstellung dienen, bei welchem die Luftbeladung des
Polyols für die Umsetzung des Polyols mit dem Polyisozyanat
und die resultierende Aufschäumung des Polyurethans von Bedeutung
ist.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Gasbeladungsmessein
richtung zur Bestimmung der Gasbeladung einer Flüssigkeit, die
eine erfindungsgemäße Dichtemesseinrichtung aufweist, wobei
Mittel zur Berechnung der Gasbeladung aufgrund der mittelbar
oder unmittelbar ermittelten Dichte oder einer von dieser
abhängigen physikalischen Größe der gasbeladenen und unter
Druck stehenden Flüssigkeit und dem gemessenen Druck vorgese
hen sind. Als derartiges Mittel kann insbesondere ein Rechner
einer Prozeßsteuerung für das die Flüssigkeit enthaltende
Prozeßsystem vorgesehen sein. Als physikalische Größen können
insbesondere solche ausgewählt werden, mittels welcher die
Dichte der unter Druck stehenden Flüssigkeit, ggf. unter
Kenntnis weiterer Parameter und/oder nach vorheriger Eichung
des Systems, bestimmbar ist wie z. B. die Masse der Flüssigkeit
in einem Bezugsvolumen oder andere von der Flüssigkeitsdichte
abhängige Parameter wie beispielsweise thermische oder elek
trische Leitfähigkeiten, dielektrische oder optische Eigen
schaften usw. Eine unmittelbare Bestimmung der Dichte als
solche ist hierbei nicht erforderlich, sie würde sich mittel
bar z. B. aufgrund der Eichung ergeben.
Bei bekannter (z. B. vorbestimmter) Dichte der Flüssigkeit ohne
Gasbeladung und unter Voraussetzung einer Inkompressibilität
der Flüssigkeit kann bei gemessener Dichte der gasbeladenen
Flüssigkeit bei dem jeweiligen Druck und der Messung dieses
Druckes bzw. Messung des Überdruckes bezogen auf den Standard
druck die Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit bei dem Stan
darddruck berechnet werden. In Kenntnis der Dichte der Flüs
sigkeit ohne Gasbeladung sowie der Dichte des Gases, die gege
benenfalls auch vernachlässigt werden kann, und der Dichte der
gasbeladenen Flüssigkeit unter dem jeweiligen Druck kann somit
das Gewichtsverhältnis von Gas und Flüssigkeit und damit die
Gasbeladung der Flüssigkeit bestimmt werden. Gegebenenfalls
können auch Korrekturen für die Druckabhängigkeit der Dichte
bzw. der Kompressibilität der gasunbeladenen Flüssigkeit auf
grund experimenteller zuvor bestimmter Daten angebracht werden.
Entsprechendes gilt, wenn eine von der Flüssigkeitsdichte
abhängige Größe gemessen wird, deren Abhängigkeit von der
Dichte bekannt ist, z. B. aufgrund theoretischer Zusammenhänge
oder experimenteller Eichungen.
Die entsprechende Gasbeladung der Flüssigkeit ist somit ver
gleichsweise schnell und über einen großen Bereich der mögli
chen Gasbeladung zuverlässig bestimmbar. Die Dichte- bzw.
Gasbeladungsbestimmung kann insbesondere in einem Bereich von
0,5 bis 3 bar Überdruck, z. B. bei einem Überdruck von 0,5 bis
1,5 bar erfolgen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Mittels der erfindungsgemäßen Gasbeladungsmesseinrichtung kann
ein Gasbeladungsregler geschaffen werden, der eine zuverlässi
ge und genaue Regelung der Gasbeladung der Flüssigkeit er
möglicht. Bei Abweichungen der ermittelten Gasbeladung bzw.
der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit oder einer von dieser
abhängigen Größe von dem vorgegebenen Sollwert kann dem die
Flüssigkeit führenden System, z. B. einem Kreislaufsystem, mehr
Gas zugesetzt werden. Bei zu hohem Gasanteil kann weitere
Flüssigkeit zugeführt werden, die gasunbeladen oder einen
geringeren, definierten Gasgehalt, z. B. entsprechend der Lös
lichkeitsgrenze des Gases, aufweist, um den Gasgehalt der
Flüssigkeit in dem System zu senken. Die Regelung der Gasbela
dung kann insbesondere automatisch erfolgen, wobei nach vorde
finierten Zeiträumen oder frei wählbar die Gasbeladung der
Flüssigkeit ermittelt werden kann.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Dichte
bestimmung mittels der erfindungsgemäßen Dichtemesseinrichtung
sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Gasbeladung bzw. Gasbe
ladungsregelung mittels der erfindungsgemäßen Gasbeladungs
messeinrichtung bzw. des Gasbeladungsreglers.
Die erfindungsgemäßen Einrichtungen können z. B. sowohl bei dem
Anfahren eines Systems, d. h. der Einstellung der Solldichte
bzw. Sollgasbeladung einer Flüssigkeit, verwendet werden als
auch bei der fortwährenden Prozesskontrolle.
Die Erfindung sei beispielhaft erläutert und anhand der Zeich
nungen beispielhaft beschrieben.
Nach der Zeichnung liegt ein System mit einem Rührbehälter 1
vor, bei dem mittels eines Rührwerkes 2 ein Gas, z. B. Luft
oder Stickstoff, in eine fließfähige Kunststoffkomponente
eingearbeitet und fein verteilt wird. Zur Einarbeitung des
Gases können auch beliebige andere Techniken wie z. B. dyna
mische Mischer eingesetzt werden. Die fließfähige Kunststoff
komponente ist im vorliegenden Fall ein Polyol zur Herstellung
von Polyurethanen, welches mit dem Gas vorbeladen wird, um die
Gasentwicklung bei der Umsetzung des Polyols mit dem gewünsch
ten Polyisocyanat zu initieren bzw. zu steuern.
An dem Behälter 1 ist eine Umlaufleitung 3 angeordnet, die
einerseits mit dem Auslass 4 des Behälters 1 verbunden ist und
andererseits in der Leitung 3 mittels der Umwälzpumpe 5 umge
wälztes Kunststoffmaterial dem Behälter 1 zurückführt. In der
Leitung 3 ist eine Coriolis-Messzelle zur direkten Massen-
oder auch Dichtebestimmung des umgewälzten Kunststoffmaterials
vorgesehen, wobei die Messzelle 6 gleichzeitig der Ermittlung
der Durchflussmenge der Kunststoffkomponente dienen kann. Der
Messzelle 6 ist ein Druckaufnehmer 7 nachgeschaltet, der den
Druck der in der Leitung 3 befindlichen Kunststoffmasse be
stimmt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Druckaufnehmer
auch vor der Einrichtung zur Massen- bzw. Dichtebestimmung
oder an einer anderen Stelle des Systems vorgesehen sein. Die
Messzelle 6 und der Druckaufnehmer 7 sind somit in Reihe ge
schaltet und in der Leitung 3 integriert, so daß Bypässe oder
separate Leitungsabschnitte nicht notwendig sind. Vorteilhaf
terweise ist ein Drucksensor unmittelbar in bzw. unmittelbar
vor und hinter der Einrichtung zur Massen- bzw. Dichtebestim
mung angeordnet, wobei im letzteren Fall der Druck innerhalb
der Einrichtung durch Interpolation oder Mittelwertbildung
bestimmbar ist.
Die von der Messzelle 6 ermittelten Grössen wie Masse, Dichte
und/oder Durchflussmenge des in der Leitung 3 geführten Mediums
sowie der von dem Druckaufnehmer 7 ermittelte Druck werden
einer elektronischen Steuerung 8 zugeführt. Die Steuerung 8
ist über eine Tastatur 9 als Eingabeeinrichtung konfigurier
bar, z. B. mit entsprechenden Eichkurven bezüglich der dichte
abhängigen Parameter, und dient der Steuerung des Rührwerkes
2, der Pumpe 5 und gegebenenfalls weiterer Einrichtungen wie
einem Auslassventil des Auslasses 4 sowie der gesteuerten
Zuführung von Kunststoffmasse oder dem Beladegas aus entspre
chenden Vorratseinrichtungen.
Des weiteren ist ein Temperaturfühler 10 im Bereich der Mess
zelle 6 sowie des Druckaufnehmers 7 zur Messung der Temperatur
der in der Leitung 3 geführten Flüssigkeit vorgesehen, der
gegebenenfalls auch einem Drucksensor nachgeschaltet sein
kann. Der Temperaturfühler 10 kann auch an einer anderen ge
eigneten Stelle angeordnet sein. Hierdurch können Einflüsse
der Temperatur auf die für die Dichte- bzw. Gasbeladungsbe
stimmung relevanten Parameter berücksichtigt werden, z. B.
Änderungen der Dichte der Flüssigkeit mit der Temperatur oder
Volumenausdehnungen des Gases.
Durch Bestimmung der Masse der Kunststoffkomponente in einem
bekannten Bezugsvolumen oder unmittelbarer Bestimmung der
Dichte derunter Druck, z. B. einem Überdruck von ca. 0,8 bar,
stehenden Kunststoffmasse kann unter Berücksichtigung der
Dichte der Kunststoffmasse ohne Gasbeladung und unter Bestim
mung des Druckes, unter dem die gasbeladene Kunststoffmasse
steht, die Dichte der gasbeladenen Kunststoffmasse unter einem
Standarddruck, z. B. Atmosphärendruck, über bekannte physika
lische Gesetzmäßigkeiten berechnet werden. Aufgrund der be
rechneten Dichte der gasbeladenen Kunststoffkomponente unter
Standarddruck kann unter Berücksichtigung der Dichte der
Kunststoffmasse ohne Gasbeladung die Gasbeladung selber er
mittelt werden, wobei gegebenenfalls Korrekturen für die Kom
pressibilität der Kunststoffmasse bzw. für die Dichte des
Gases vorgenommen werden können.
Um einen Einfluß der Strömung der Flüssigkeit auf die Dichte-
bzw. Gasbeladungsbestimmung auszuschließen kann die Pumpe 5
mittels der Steuerung 8 zeitweilig außer Betrieb gesetzt wer
den oder die Strömung durch andere Mittel zumindest im Bereich
der Meßeinrichtungen unterbrochen werde, wobei über die Zeit
abhängigkeit der von der Messzelle 6 und/oder dem Druckauf
nehmer 7 oder anderer geeigneter Messeinrichtungen die Gleich
gewichtseinstellung der Flüssigkeitsparameter unter dem gege
benen statischen Druck in dem System verfolgt werden kann. Die
zusätzliche Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit, die für deren
Zwangsumwälzung notwendig ist und zu einer über den statischen
Druck hinausgehenden Kompression der gasbeladenen Flüssigkeit
führt, kann so berücksichtigt werden. Hierzu kann z. B. abge
wartet werden, bis sich die Flüssigkeitsparameter unter dem
gegebenen statischen Druck ins Gleichgewicht gesetzt haben
oder bei Verfolgung der zeitabhängigen Veränderung der rele
vanten Parameter auf die Gleichgewichtsbedingungen rechnerisch
extrapoliert werden.
Mittels der zuvor beschriebenen Messeinrichtungen 6, 7 kann
unter Zuhilfenahme der Steuerung 8 die Gasbeladung auf einen
gewünschten Sollwert geregelt werden, wozu bei Unterschreitung
der Soll-Gasbeladung aus einem nicht dargestellten Gasvorrats
behälter Gas dem System, z. B. dem Rührbehälter 1, zugeführt
werden kann, und bei Überschreitung des Sollwertes die Kunst
stoffkomponente aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter
z. B. dem Rührbehälter 1 zugeführt werden kann.
1
Rührbehälter
2
Rührwerk
3
Leitung
4
Auslass
5
Pumpe
6
Messzelle
7
Druckaufnehmer
8
Steuerung
9
Eingabeeinrichtung
10
Temperaturfühler
Claims (18)
1. Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer
gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, ins
besondere einer fließfähigen Kunststoffmasse, unter Stan
dardbedingungen mit einer die Flüssigkeit aufnehmenden
Messkammer, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Druckmesseinrichtung (7) zur Bestimmung des Druc
kes, unter dem sich die Flüssigkeit befindet, vorgesehen
ist, das eine Einrichtung (6) zur mittelbaren oder unmit
telbaren Bestimmung der Dichte der unter Druck stehenden
Flüssigkeit oder einer dichtabhängigen physikalischen
Größe vorgesehen ist, und das Mittel (8) vorgesehen sind,
die aufgrund einer bekannten Abhängigkeit der Dichte der
gasbeladenen Flüssigkeit oder der dichtabhängigen Größe
von dem äußeren Druck die Dichte der Flüssigkeit unter
Standardbedingungen berechnen.
2. Dichtemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur
Bestimmung der Dichte der Flüssigkeit ein Durchflussmen
genmesser ist.
3. Dichtemesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung
(6) zur Dichtebestimmung eine Coriolis-Messzelle
aufweist.
4. Dichtemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druck
messeinrichtung (7) und die Einrichtung (6) zur Bestimmung
der Dichte in einem flüssigkeitsführenden System in einer
von der Flüssigkeit durchströmten Leitung (3) integriert
sind.
5. Dichtemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druck
messeinrichtung (7) Drucksensoren umfaßt, die derart an
geordnet ist, daß der Druck innerhalb der Einrichtung (6)
zur Bestimmung der Dichte mittelbar oder unmittelbar er
fassbar ist.
6. Dichtemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem
flüssigkeitführenden System mit Zwangsdurchströmung Mittel
(5, 8) zur Unterbrechung der Zwangsdurchströmung zumindest
in der Messkammer vorgesehen sind und daß mittels der
Dichtemesseinrichtung (6) und der Druckmesseinrichtung (7)
zumindest nach der Unterbrechung der Zwangsdurchströmung
Daten zur Bestimmung der Dichte unter Standardbedingungen
erfassbar sind.
7. Dichtemesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel (6, 7, 8) zur
zeitabhängigen Erfassung der zur Bestimmung der Dichte der
unter Druck stehenden Flüssigkeit erforderlichen Parameter
vorgesehen sind mittels derer der zumindest annähernde
Gleichgewichtszustand des Systems mit unterbrochener
Zwangsdurchströmung bestimmbar und die Parameter im zu
mindest annähernden Gleichgewichtszustand erfassbar sind.
8. Dichtemesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturmesseinrichtung
(10) vorgesehen ist, deren Ausgabe
wert den Mitteln (8) zur Berechnung der Dichte der gasbe
ladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit übermittel
bar sind und von dieser bei der Dichteberechnung verwend
bar sind.
9. Gasbeladungsmesseinrichtung zur Bestimmung der Gasbeladung
einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeich
net, daß eine Dichtemesseinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 8 vorgesehen ist und das Mittel zur Berech
nung der Gasbeladung aufgrund der mittelbar oder unmittel
bar ermittelten Dichte oder einer dichteabhängigen Größe
der gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit und
dem gemessenen Druck vorgesehen sind.
10. Gasbeladungsregler mit einer Gasbeladungsmesseinrichtung
nach Anspruch 9 und Mitteln (8) zur Regelung der Gasbela
dung der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Abweichung
des durch die Gasbeladungsmesseinrichtung ermittelten
Beladungswertes von einem vorgegebenen Sollwert.
11. Verfahren zur Bestimmung der Dichte einer gasbeladenen und
unter Druck stehenden Flüssigkeit, insbesondere einer
fließfähigen Kunststoffmasse, unter Standardbedingungen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druck
bestimmt wird, unter dem die Flüssigkeit steht und daß
mittelbar oder unmittelbar die Dichte der unter Druck
stehenden Flüssigkeit oder eine dichteabhängige Größe
derselben bestimmt wird und daß aufgrund einer bekannten
Abhängigkeit der Dichte der gasbeladenen Flüssigkeit oder
der dichteabhängigen Größe von dem äußeren Druck die Dich
te der Flüssigkeit unter Standardbedingungen berechnet
wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dichtebestimmung der in einer
Leitung (3) geführten Flüssigkeit mittels geeigneter in
der Leitung (3) angeordneter Messeinrichtungen erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Druck der Flüssigkeit
innerhalb der Einrichtung (6) zur Bestimmung der Dichte
mittelbar oder unmittelbar erfasst wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß bei einem
flüssigkeitsführenden System mit Zwangsdurchströmung zur
Bestimmung der Dichte der Flüssigkeit unter Druck die
Zwangsdurchströmung zeitweilig unterbrochen wird und die
Erfassung der zur Bestimmung der Dichte erforderlichen
Parameter bei unterbrochener Zwangsdurchströmung erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zur Bestimmung der Dichte der
unter Druck stehenden Flüssigkeit erforderlichen Parameter
zeitabhängig erfasst werden und daß die Dichte der Flüs
sigkeit unter Standardbedingungen durch Extrapolation der
abweichend vom Gleichgewichtszustand erfassten Parameter
auf den Gleichgewichtszustandes bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß die Flüssig
keit eine Gasbeladung < 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10
und 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der gasbeladenen
Flüssigkeit aufweist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß die Tempera
tur der unter Druck stehenden gasbeladenen Flüssigkeit
ermittelt wird und die Temperaturabhängig einer oder meh
rerer Parameter zur Bestimmung der Dichte der unter Druck
stehenden Flüssigkeit bei der Berechnung der Dichte unter
Standardbestimmungen berücksichtigt wird.
18. Verfahren zur Bestimmung der Gasbeladung einer gasbelade
nen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, insbesondere
einer fließfähigen Kunststoffmasse, dadurch gekennzeichnet,
daß eine mittelbare oder unmit
telbare Bestimmung der Dichte oder einer dichteabhängigen
Größe nach einem der Ansprüche 11 bis 17 erfolgt und daß
die Gasbeladung aufgrund der derart ermittelten Dichte
bzw. Größe der gasbeladenen und unter Druck stehenden
Flüssigkeit und dem gemessenen Druck berechnet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000144491 DE10044491A1 (de) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, Gasbeladungsmesseinrichtung und Gasbeladungsregler unter Verwendung der Dichtemesseinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000144491 DE10044491A1 (de) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, Gasbeladungsmesseinrichtung und Gasbeladungsregler unter Verwendung der Dichtemesseinrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10044491A1 true DE10044491A1 (de) | 2002-04-04 |
Family
ID=7655537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2000144491 Withdrawn DE10044491A1 (de) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | Dichtemesseinrichtung zur Ermittlung der Dichte einer gasbeladenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit, Gasbeladungsmesseinrichtung und Gasbeladungsregler unter Verwendung der Dichtemesseinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10044491A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005035109A1 (de) * | 2003-10-10 | 2005-04-21 | Zimmer Aktiengesellschaft | Coriolis-verfahren und -vorrichtung zur steuerung der polymerherstellung |
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US8010312B2 (en) | 2007-06-30 | 2011-08-30 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Medium density measuring system |
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CN114428035A (zh) * | 2020-09-29 | 2022-05-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种测量天然气水合物流动过程中密度变化的装置及方法 |
-
2000
- 2000-09-08 DE DE2000144491 patent/DE10044491A1/de not_active Withdrawn
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