DE3206130C2

DE3206130C2 - Einrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Menge eines flüssigen oder festen Lagergutes

Info

Publication number: DE3206130C2
Application number: DE3206130A
Authority: DE
Inventors: Walter 2000 Hamburg Nicolai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-20
Filing date: 1982-02-20
Publication date: 1986-07-03
Also published as: US4553431A; DE3206130A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Anzeige der Menge eines flüssigen oder festen Lagergutes, das in einem geschlossenen Behälter von konstantem Volumen zusammen mit einem das Restvolumen des Behälterinnern auffüllenden, unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden und begrenzt veränderbaren Druck (Überdruck oder Unterdruck) gehaltenen gasförmigen Füllmittel enthalten ist. Das Restvolumen oder eine ein Maß für diese darstellende Größe wird gemessen und, in Einheiten der Lagergutmenge geeicht, mittels einer Analog- oder Digitalanzeigevorrichtung wiedergegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Menge eines flüssigen oder festen Lagergutes, das in einem geschlossenen Behälter von konstantem Volumen zusammen mit einem das Restvolumen des Behälterinnern auffüllenden, unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden und begrenzt veränderbaren Druck (Überdruck oder Unterdruck) gehaltenen gasförmigen Füllmittel enthalten ist und bei der das Restvolumen (oder eine ein Maß für dieses darstellende Größe) als Maß für die Lagergutmenge dient.

Es ist bekannt, einen Peilstab, Schwimmer, eine pneumatische Wägevorrichtung od. dgl. zur Feststellung des Füllstandes der Flüssigkeit in einem Behälter vorzusehen und auf diese Weise die Menge der Flüssigkeit zu ermitteln. Solche auf Feststellung des Füllstandes beruhenden Methoden und Vorrichtungen sind von der Form und von der Lage des Behälters abhängig, und die damit erreichbare Meßgenauigkeit ist begrenzt. Häufig haben sowohl ortsfest als auch beweglich angeordnete Behälter eine komplizierte, beispielsweise durch Röhrensysteme gebildete Raumforni. Brennstoffbehälter von Land-, Luft- und Seefahrzeugen erfahren außerdem während der Fahrt bzw. während des Fluges regelmäßig Lagenänderungen, auch ist die darin enthaltene Flüssigkeit den Einflüssen der Massenbcschleunigung ausgesetzt. Daher ist eine von der Form und Lage solcher Behälter sowie von Auswirkungen der Massenbcschleunigung unabhängige, möglichst genaue Anzeige des vcr-

fügbaren Flüssigkeitsvorrats von großer Wichtigkeit Hohe Genauigkeit der Messung, Unabhängigkeit von störungsanfälligen mechanischen Füllstandsmeßeinrichtungen und von der Behälterform sind aber auch für stationäre Lagerbehälter, die ihre Lage nicht ändern, von Wichtigkeit.

Es ist ferner bekannt, die Menge eines flüssigen Lagergutes nach dem Prinzip der Durchflußmengenmessung zu bestimmen.

Es ist auch bekannt! und vielfach üblich, den DichtheitszuEtand geschlossener Flüssigkeitslagerbehälter dadurch zu überwachen, daß eine das Restvolumen des Behälterinnern auffüllende Luft-, Gas- oder Dampfmenge unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden Druck (Unterdruck oder Überdruck) gehalten, dieser gemessen und ein übermäßig rascher, über Undichtheiten, die großer sind als die sogenannten natürlichen Undichtheiten, stattfindender Druckausgleich als Anzeige einer unzulässigen Undichtheit festgestellt wird.

Die bisher bekannten Einrichtungen zur Messung und Anzeige von Lagerguimengen erforderten, venn der Forderung nach Unabhängigkeit der Ergebnisse von Form und Lage sowie einer etwaigen Bewegung der Lagergutbehälter entsprochen werden sollte, einen hohen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die mit möglichst geringem Aufwand eine besonders genaue, von Form und Lage der Lagerbehälter sowie von der Massenbeschleunigung unabhängige Anzeige der Lagergutmenge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung einen an das Restvolumen des Behälters ständig angeschlossenen Druckmesser, eine Luftdruckquelle (Druck- oder Vakuumpumpe, Druckoder Unterdruckspeicher) mit selbsttätiger Einschalt- und Ausschaltregelung, eine verschließbare Druckausglcichsöffnung zwischen Restvolumen und Atmosphäre (oder einer a.ideren Bezugsgröße) und ein steuerbares Absperrorgan zum Verschließen und öffnen der Druckausgleichsöffnung aufweist.

Möglichkeiten zur weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.

Die Erfindung geht aus von der Tatsache, daß auf verhältnismäßig einfache Weise das jeweilige von Luft, Gas oder Dampf im Lagerbehälter aufgefüllte Restvolumen, wenn dieses Füllmittel unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden Druck steht, der in gewissen vorbestimmten Grenzen verändert wird — hinreichend kleii.e vom Atmosphärendruck abweichende Drücke und hinreichend hohe absolute Temperaturen vorausgesetzt — aus Parametern der Gasgesetze, insbesondere das BoyIe-Mariotteschen Gesetzes bestimmt werden kann, und daß, da die jeweilige Menge bzw. das jeweilige Volumen des Lagergutes die Differenz zwischen dem konstanten Gesamtvolumen des Behälters und dem Restvolumen ist, das ermittelte Restvolumen bzw. eine ermittelte, dem Restvolumen entsprechende Größe ein Maß für die jeweilige Flüssigkeitsmenge in dem Behälter darstellt und daher unmittelbar in Einheiten der Flüssigkeitsmenge geeicht werden kann.

Dabei kann das Restvolumen oder eine ihm entsprechende Größe gemessen und, in Einheiten der Lagergutmenge geeicht, mittels einer Analog- oder Digitalanzcigevorrichüing wiedergegeben werden.

Eine Möglichkeit zur Ermittlung der Lagergutmenge nach diesem Prinzip besteht darin, daß der Druck des gas- oder dampfförmigen Füllmittels zwischen zwei unterschiedlichen Werten Po und Pt stetig verändert, die Druckdifferenz \Po—P\\ und die Druckänderungsleistung (Pumpleistung L_p bzw. Druckausgleichs- oder Durchströmleistung Ld) konstant gehalten und die Druckänderungszeit (Pumpzeit t_p bzw. Druckausgleichszeit id) als dem Restvolumen entsprechende Größe gemessen wird.
Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung dieses

ίο Prinzips besteht darin, daß

der Druck des gas- oder dampfförmigen Füllmittels zwischen zwei unterschiedlichen Werten /Ό und P\ stetig verändert,
die Druckänderungszeit (Pumpzeit t_p bzw. Druckausgleichszeit td) und die Druckänderungsleistung (Pumpleistung Lp bzw. Druckausgleichs- oder Durchströmleistung Ld) konstant gehalten und

die Druckdifferenz \Po—Pi\ als dem Restvolumen entsprechende Größe gemessen wird.

Ein solches Meßprinzip ist sowohl »ei Überdruck als auch bei Unterdruck (gegenüber dem atmosphärischen Druck) des gas- oder dampfförmigen Füllmittels, welches das Restvolumen des Behälters ausfüllt, durchführbar. Zur näheren Erläuterung der theoretischen Grundlagen der Erfindung sei auf folgendes hingewiesen:

Unter der Voraussetzung hinreichend hoher absoluter Temperatur und hinreichend kleiner Drucke gilt nach dem Boyle-Mariotteschen Gesetz

P₀-V₀=P₁- V₁'

Darin sind

Po und P\ zwei unterschiedliche Druckwerte, insbesondere Schalt-Druckwerte, bei denen eine Pumpe selbsttätig ein- und ausgeschaltet bzw. eine Durchströmöffnung selbsttätig geöffnet oder geschlossen wird;

K₀ das mit dem gas- oder dampfförmigen unter dem Druck Po stehenden Füllmittel gefüllte Restvolumen;

tp die Pumpzeit während des Meßvorgangs und td die Druckausgleichszeit während des Meßvorgangs;
L_p die Pumpleistung;

Ld die Druckausgleichs- oder Durchströmleistung; V₁' eine fiktive Volumengröße, bestehend aus dem Volumen V₀, bei Unterdruck vergrößert bzw. bei Überdruck verkleinert um das während der Druckänderungszeit geförderte Volumen L_p-t_p bzw. um das während der Druckausgleichszeit die Druckausgleichsöffnung durchströmende Volumen Ld- td.

y,¹

Das Verhältnis -ττ- wird als Raumfüllung bezeichnet.

YQ

Geht man davon aus, daß nach der obigen Definition bei Unterdruck:

Vl' = Vj + Lp ■ tp

bzw.

V₁' = V₀ +Ld- ta
und bei Überdruck:

V₁' = V₀-Lp- t_p

bzw.

= V_n-L_d-i_d

(5)

so ergibt sich aufgrund des Boyle-Mariotteschen Gesetzes, daß

bei Unterdruck:

'„ - K,

bzw.

Pu-Pi
Pi -L₁,

Po - P,

und bei Überdruck:

ι. = v_K

bzw.

Pi - Pi,
Pi L_n

Pi - Pu Pi ■ L₁₁

(6)

(7)

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20

(9)

Daraus ist zu ersehen, daß — unabhängig davon, ob Unterdruck oder Überdruck in dem mit Gas bzw. Dampf gefüllten Volumen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Behälter herrscht — das Restvolumen Vo bei Konstanthaltung der Druckänderungsleistung und des Absolutwerts der Druckdifferenz proportional der Druckänderungszeit t_p bzw. td und bei Konstanthaltung von Druckänderungszeit und Druckänderungsleistung umgekehrt proportional dem Absolutwert der Druckdifferenz JP₀-Pi| ist, d. h. P₀-Pi bei Unterdruck und Pi — P₀ bei Überdruck.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen, welche sich auf Beispiele beziehen, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 bis 3 Beispiele des Verlaufs des Druckes P (Unterdruck oder Überdruck) im Restvolumen eines Behälters;

Fig.4 ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei dem die Druckdifferenz konstant gehalten und die Druckausgleichszeit fdgemessen wird;

F i g. 5 das Blockschema eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem die Druckdifferenz konstant gehalten und die Druckaufbauzeit t_p gemessen wird, und

F i g. 6 das Blockschema noch eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Druckänderungszeit konstant gehalten und die Druckdifferenz |Po— P\\ als Maß für das Restvolumen und damit die Lagergutmenge gemessen wird.

Das in F i g. 1 gezeigte Kurvenbild des Druckverlaufs gilt für den Fall, daß beispielsweise der vom Atmosphärendruck abweichende Druck P (Unterdruck oder Überdruck) des gas- oder dampfförmigen Füllmittels durch eine periodisch arbeitende Pumpe hergestellt und von einem fest wählbaren Wert Po, der im Falle dieses Beispiels gleich dem Atmosphärendruck P_at ist, auf einen fest wählbaren Wert P\ aufgebaut wird, bei dem im Falle dieses Beispiels die Pumpe selbsttätig stillgesetzt und der Druckausgleichsvorgang eingeleitet wird

Das in F i g. 2 dargestellte Kurvenbild gilt für eine Einrichtung, bei welcher der fest wählbare Wert Po beispielsweise zwischen dem Atmosphärendruck P_at. von dem aus der abweichende Druck des gas- oder dampfförmigen Füllmittels aufgebaut wird, und dem fest wählbaren Wert P\ liegt, bei dem auch hier der Vorgang des Druckiiiifbaues beendet und gleichzeitig der Dnn-kiius gleich eingeleitet wird.

Das Kurvenbild von Fi g. 3 gilt für einen Fall, in welchem die fest wählbaren Werte Pi, und Pi beispielsweise zwischen dem Atmosphärendruck P.„. von dem ims der abweichende Druck des Füllmittels aufgebaut wird, und einem fest wählbaren Wert P.·, bei dem der Drtiekmiibau selbsttätig beendet und der Druckausgleich eingeleitet wird, liegen.

Bei allen dienen in Fig. 1 bis i gezeigten Beispielen des Druckverlaufs P(Unterdruck oder Überdruck) kann entweder der Absolutwert der Druckdifferenz \P„— P|| sowie die Druckänderungsleistung konstant gehalten und die Druckänderungszeit /,, während des Druckaufbaues oder td während des Druckausgleichs gemessen werden,oder es kann bei Konstanthaltung von t_pbzw. t,t sowie der Druckänderungsleistung der Absolutwert der Druckdifferenz gemessen werden. In jedem Fall ist darin der gemessene Wert als dem Restvolumen im Behälter entsprechende Größe brauchbar und damit, da das Gesamtvolumen des Behälters konstant ist, als Maß für die Lagergutmenge geeignet.

Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Einrichtung, die hier anhand der Ermittlung der Menge eines flüssigen Lagergutes erläutert wird, auch zur Ermittlung und Anzeige der Menge von aus Feststoff, z. B. in pulverförmiger, körniger oder stückiger Form bestehender Lagergüter in einem geschlossenen Behälter anwendbar.

Da bei jeder Ausführungsart die Druckänderungsleistung während der Dauer des MeEvorgangs möglichst konstant sein sollte, wird es sich im allgemeinen empfehlen, die Druckänderungszeit bzw. die Druckdifferenz während eines Druckausgleichsvorgangs zu messen, da es verhältnismäßig einfach ist, eine Druckausgleichsöffnung von gleichbleibender Durchströmleistung vorzusehen. Wird die Messung während eines Druckaufbaues, d. h. eines Pumpvorganges, vorgenommen, so muß eine (Präzisions-)Pumpe mit im Bereich Po-Pi möglichst gleichbleibender Förderleistung vorgesehen werden, was im allgemeinen mit einem höheren Aufwand verbunden sein dürfte.

Wird die Messung der Druckänderungszeit bzw. der Druckdifferenz während eines Druckausgleichsvorgangs vorgenommen, so kann zur Herstellung des vom Atmosphärendruck abweichenden Druckes auch eine Gasflasche mit Überdruck oder ein Unterdruckspeicher vorgesehen werden.

Nachstehend werden einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung als Beispiele beschrieben.

F i g. 4 zeigt als Blockschema eine solche Einrichtung, bei der die Messung der Druckausgleichszeit f</bei konstanter Druckdifferenz und Druckänderungsleistung vorgenommen wird, um die Menge eines in einem geschlossenen Behälter 3 enthaltenen flüssigen Lagerguts 2 zu bestimmen. Das flüssige Lagergut 2 wird nach Entfernung der gasdichten Füllstutzen-Verschlußkappe 17 in den Behälter 3 eingefüllt. Das Lagergut 2 kann über die Emnahmeleitung 18, in der eine Entnahmepumpe 19 angeordnet ist aus dem Behälter 3 entnommen werden. Mit bekannten Mitteln, z. B. dichten Ein- und Auslaßventilen an der Entnahmepumpe 19, kann sichergestellt werden, daß kein störender Gasdruckausgleich über die Entnahmepumpe erfolgt. Der Gasraum 1 des mit dem Lagergut 2 gefüllten geschlossenen Behälters 3 ist während des Meßvorgangs und der daran anschließenden Meßpause über eine Rohr- oder Schlauchleitung 4, den Druckausgleichsweg A—R des beispielsweise stromlos.

d. h. im entregten Zustand des Elektromagneten, geschlossenen 3/2-Wege-Magnetventils 5 sowie die Druckausglcichslcitung 6 mit der Atmosphäre verbunden. In der Druckausgleichsleitung 6 ist ein regelbares Drosselventil 7 zur Einstellung der Durchströmleistung des Druckausgleichsmediums über den Ventilweg A — R des Dreiwegeventils 5 angeordnet. Der Gasraum 1 ist über bliic Rohr- oder Schlauchleitung 8 ständig mit dem Druckmesser 9 verbunden. Der Druckmesser 9 ist hier ein Druck-Spannungs-Wandler P/U.

Zu Beginn der Druckaufbauphase löst ein Taktsignal des Taktgebers 10, das entweder manuell oder periodisch selbsttätig ausgegeben werden kann, den Arbeits-/ustiind des rücksetzbaren Monoflops 11 aus. Sein Ausgangssignal setzt über einen Verstärker 12 die Luftpumpe 13 in Betrieb und öffnet außerdem, bei gleichzeitiger Sperrung des Druckausgleichsweges A-R, das 3/2-Wegc-Vcntil 5 für den Druckaufbauweg P-A.

Durch den Betrieb der Luftpumpe erfolgt über die Rohr- oder Schlauchleitungen 14 und 4 ein Druckaufbau im Gasraum 1 des Behälters 3 vom Atmosphärendruck Pn in Richtung P. Dieser Druckaufbau kann je nach Art des Verfahrensmodus entweder ein Unterdruck- oder ein Überdruckaufbau sein. Beim Erreichen eines fest wählbaren Druckwertes P\ im Verlauf der Druckänderung im Gasraum 1 steuert der Druckmesser, d. h. der Druck-Spannungs-Wandler P/U den Schwellenwertschalter 15 um, dessen Schalthysterese beispielsweise dem Druckunterschied Po—P\ entspricht und dessen Ausgang beim Druck Po sich im Η-Zustand befindet. Bei der Umsteuerung des Schwellenwertschalters 15 infolge Errcichens des Druckwertes P\ erscheint an dessen Ausgang ein H-L-Signal, welches das Monoflop 16 in seinen Arbeitszustand (L-Zustand) versetzt und damit das Monoflop 11 vor Beendigung seines Arbeitszustandes zurücksetzt. Dadurch wird der Betrieb der Luftpumpe 13 unterbrochen und gleichzeitig das 3/2-Wege-Magnetvcnlil 5 wieder in seinen stromlosen Zustand zurückgeschaltet, bei dem der Druckausgleichsweg A —R offen und der Druckaufbauweg P—A gesperrt ist.

Das beim Erreichen des Druckwertes P\ ausgelöste H-L-Signal des Schwellenwertschalters 15 wird auch dem nur auf L-H-Signale ansprechenden Monoflop 20 mit Η-Signal im Arbeitszustand zugeführt. Das Monoflop 20 wird somit nicht gesetzt und verbleibt mit L-Signal im Ruhezustand. Der auch nur auf L-H-Signale ansprechende Abfrage- und Speicherbefehiseingang des Momentanwertspeichers 21 wird dementsprechend nicht angesteuert.

Das H-L-Signal des Monoflops 16 setzt das Monoflop 11 bei Erreichen des Druckwertes P\ in seinen Ruhezustand zurück und steuert gleichzeitig ein Kippglied 22 an, das nach jeder H-L-Ansteuerung an seinem Ausgang eine lineare, beispielsweise mit der Zeit ansteigende und dann selbsttätig abrupt auf den Ausgangswert zurückfallende elektrische Gleichspannung ausgibt. Der Momentanwertspeicher 21 ist diesem Kippglied 22 nachgeschaltet, so daß die linear mit der Zeit ansteigende Gleichspannung, ebenso wie auch der Rückfall dieser Spannung auf den Ausgangswert, kontinuierlich am Eingang des Momentanwertspeichers 21 ansteht

Im Zeitpunkt der Rückschaltung des 3/2-Wege-Magnetventils 5 und der damit verbundenen öffnung des Druckausgleichswegs A-R beginnt im Gasraum des Behälters 3 ein Druckausgleich über die Druckausgleichsleitung 6 und das regelbare Drosselventil 7 zur Atmosphäre. Erst bei Erreichen des Drucks Po im Gasraum 1 ist dieser Druckausgleich beendet. Wenn am Druckmesser 9 der Druck P₁, anliegt, schaltet der Schwellenwertschalter 15 aufgrund seiner Schallhysterese wieder zurück in seinen Ausgangszustand und bewirkt nunmehr an seinem Ausgang ein L-H-Signal. welches das Monoflop 20 setzt. Der sehr kurze L-H-L-Ausgangsimpuls des Monoflops 20 wird dem Abfrage- und Speicherbefehiseingang des Momentanwertspeichers 21 zugeleitet. Dieser schaltet auf bekannte Art und Weise für eine kurze Abfragezeit, deren Länge z. B. 100 ns betragen kann, während der linear mit der Zeit ansteigenden Gleichspannungsphase an die Ausgangsspannung des Kippgliedes 22 an und erfaßt und speichert so den zu diesem Zeitpunkt herrschenden Momentanspannungswert. Der dem Momentanwertspeicher 21 nachgeschaltete Spannungsmesser 23 zeigt die gespeicherten Gleichspannungswerte als Maß des Restvolumens bzw. der Volumenverhältnisse von Lagergut 2 und Gasraum 1 an. Er kann daher in Lagergutvolumeneinheiten, z. B. Liter, geeicht werden.

Bei der mit dem Blockschema nach Fig. 5 veranschaulichten Vorrichtung wird zur Ermittlung und Anzeige der Lagergutmenge die Druckaufbauzeit t_p während des Druckaufbaues von Po bis P\ gemessen. Die Bauelemente, für die, soweit möglich, die gleichen Bezugszeichen wie bei F i g. 4 verwendet sind, sind weitgehend die gleichen wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Jedoch ist das regelbare Drosselventil 7 zur Einstellung der Durchströmleistung beim Druckausgleich über den Ventil weg A — R für die Funktion der Ausführungsform nach F i g. 5 ohne besondere Bedeutung.

Zu Beginn der Druckaufbauphase löst ein H-L-H-Taktsignal des Taktgebers 10, das manuell oder selbsttätig periodisch ausgegeben werden kann, den Arbeitszustand des rücksetzbaren Monoflops 11 aus, dessen Ausgangssignal über den Verstärker 12 die Luftpumpe 13 in Betrieb sein und, bei gleichzeitiger Sperrung des Druckausgleichswegs A-R, auch das 3/2-Wege-Magnetventil 5 für den Druckaufbauweg P-A öffnet.

Das Taktsignal des Taktgebers 10 steuert gleichzeitig das Kippglied 22 an, das nach jeder H-L-Ansteuerung an seinem Ausgang eine lineare, beispielsweise mit der Zeit ansteigende und dann selbsttätig abrupt auf den Ausgangswert zurückfallende elektrische Gleichspannung ausgibt. Diesem Kippglied 22 ist der Momentanwertspeicher 21 nachgeschaltet, so daß die lineare, mit der Zeit ansteigende Gleichspannung, ebenso wie auch der Rückfall dieser Spannung auf den Ausgangswert, kontinuierlich am Eingang des Momentanwertspeichers 21 ansteht.

Durch den Betrieb der Luftpumpe erfolgt über die Rohr- oder Schlauchleitungen 14 und 4 ein Druckaufbau im Gasraum 1 des Behälters 3 vom Atmosphärendruck Po in Richtung P. Dieser Druckaufbau kann je nach Wahl des Verfahrensmodus sowohl ein Unterdruck- als auch ein Oberdruckaufbau sein. Sobald im Verlauf der Druckänderung im Gasraum 1 der fest wählbare Druckwert P\ erreicht wird, schaltet der Druckmesser 9 (Druck-Spanungs-Wandler P/U) den Schwellenwertschalter 15, dessen Schalthysterese beispielsweise dem Abstand der Werte Pa-P\ entspricht und dessen Ausgang sich beim Druck Po im Η-Zustand befindet, auf einen L-Zustand (H-L-Flanke) um.
Das bei Erreichen des Druckwertes P\ ausgelöste H-L-Signal des Schwellenwertschalters 15 setzt das nur auf H-L-Signaie ansprechende Monoflop 24, an dessen Ausgang nun ein sehr kurzes L-H-L-Signal auftritt. Dieser sehr kurze L-H-L-Impuls wird dem Abfrage- und

Speicherbefehlseingang des Momentanwertspeichers 21 zugeleitet, der auf bekannte Art und Weise für eine kurze Abfragezeit (z. B. 100 μβ lang) an die Ausgangsspannung des Kippgliedes 22 während der linear mit der Zeit ansteigenden Gleichspannungsphase anschaltet und so den zu diesem Zeitpunkt herrschenden Momentanspannungswcrt erfaßt und speichert. Der dem Momentanwertspeicher 21 nachgeschaltete Spannungsmesser 23 zeigt die gespeicherten Gleichspannungswerte als Maß des Restvolumens im Gasraum 1 bzw. der Volumenverhältnisse von Lagergut 2 und Gasraum 1 an und kann daher in Volumeneinheiten des Lagerguts, z. B. Liter, geeicht werden.

Das durch die Umsteuerung des Schwellenwertschalters 15 an dessen Ausgang bei Erreichen des Druckwertes P] erzeugte H-L-Signal setzt außerdem das mit einer Einschaltverzögerung seines Arbeitszustandes versehene Monoflop 25. Das H-L-H-Ausgangssignal des Monoflops 25 setzt mit Verzögerung das Monoflop 11 vor dem Ablauf seines Arbeitszustandes zurück. Dadurch wird der Betrieb der Luftpumpe 13 unterbrochen und gleichzeitig das 3/2-Wege-Magnetventil 5 wieder in den stromlosen Zustand zurückgeschaltet, d. h. der Druckausgleichsweg Λ —Λ ist danach offen und der Druckaufbauweg P—A gesperrt.

Die Verzögerung der Auslösung des Rücksetzsignals für das Monoflop 11 sollte größer sein als die Ausgangssignaldauer des Monoflops 24, um Abfragefehler des Momentanwertspeichers im Bereich des Druckwertes P\ mit Sicherheit zu vermeiden. Für die erfindungsgemäße Funktion dieser Einrichtung ist die Verzögerung der Rücksetzung des Monoflops 11 jedoch ohne besondere Bedeutung.

Im Zeitpunkt der Rückschaltung des 3/2-Wege Magnetventils 5 beim Druck P\ und der damit verbundenen Öffnung des Druckausgleichsweges A—R beginnt ein Druckausgleich im Gasraum 1 des Behälters 3 über die Druckausgleichsleitung 6 und das regelbare Drosselventil 7 mit der Atmosphäre, der erst bei Erreichen des Drucks Po im Gasraum 1 beendet ist. Liegt am Druckmesser 9 der Druck Po an, so schaltet der Schwellenwertschalter aufgrund seiner Schalthysterese wieder zurück in den H-Zustand.

Bei der durch F i g. 6 veranschaulichten Ausführungsform der Einrichtung zur Ermittlung und Anzeige einer Menge des flüssigen Lagerguts in einem geschlossenen Behälter erfolgt die Messung der Druckdifferenz P₀- P\ während des Druckaufbaues im Gasraum des Behälters bei fest eingestellter Pumpzeit. Soweit das Blockschaltbild mit denjenigen von Fig.4 und 5 übereinstimmt, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 ist jedoch der elektrische Ausgangsanschluß des von dem Druck-Spannungs-Wandler P/U gebildeten Druckmessers 9, der die Druck-Informationen liefert, über einen Verstärker 28 mit dem Eingang des Momentanwertspeichers 21 verbunden.

Zu Beginn der Druckaufbauphase löst ein H-L-H-Signal des Taktgebers 10, das manuell oder selbsttätig in frei wählbaren Zeitabständen periodisch ausgegeben werden kann, den Arbeitszustand des Monoflops 26 aus, dessen Ausgangssignal über den Verstärker 12 die Luftpumpe 13 in Betrieb setzt und, bei gleichzeitiger Sperrung des Druckausgleichsweges A-R, das 3/2-Wege-Magnetventil 5 für den Druckaufbauweg P—A öffnet.

Das in der Leitung zwischen Verstärker 12 und Magnetventil 5 angeordnete Abschaltverzögerungsglied 27 bewirkt keine Verzögerung des Schaltvorgangs zur Öffnung des Magnetventils 5 für den Druckaufbuuwcg P-A.

Die Luftpumpe 13 bewirkt bei ihrem Betrieb über die Rohr- oder Schlauchleitungen 14 und 4 einen Druckaufbau im Gasraum 1 des Behälters 3 vom Atmosphärendruck P_n in Richtung P. Dieser Druckaufbau kann je nach Wahl des Verfahrensmodus ein Unterdruck- oder ein Überdruckaufbau sein.

Nach Ablauf der frei wählbaren, fest eingestellten

ίο Dauer des Arbeitszustandes des Monoflop 26 wird der Betrieb der Luftpumpe 13 unterbrochen und, kurzzeitig (z. B. ca. 500 ms lang) durch das Abschaltverzögerungsglied 27 verzögert, das 3/2-Wege-Magnetventil 5 wieder in den stromlosen Zustand zurückgeschaltet. Dies bedeutet, daß dann der Druckausglcichsweg A — R wieder offen und der Druckaufbauweg P—A gesperrt ist. Das Abschaltverzögerungsglied 27 hat nur die Aufgabe, die Umschaltung des Magnetventils 5 nach Stillstand der Luftpumpe so lange zu verzögern, bis der Abfragevorgang des Momentanwertspeichers 21 jeweils beendet ist, um gegebenenfalls Druckwert-Abfragefehler zu vermeiden. Für die erfindungsgemäße Funktion der Vorrichtung ist die Abschaltverzögerung des Magnetventils 5 ohne besondere Bedeutung.

Das nach Ablauf des Arbeitszustandes von dem Monoflop 26 ausgelöste H-L-Signal setzt das nur auf H-L-Signale ansprechende Monoflop 24 und ruft an dessen Ausgang ein sehr kurzes L-H-L-Signal hervor. Dieser sehr kurze L-H-L-Ausgangsimpuls des Monoflops 24 wird dem Abfrage- und Speicherbefehlseingang des Momentanwertspeichers 21 zugeleitet, der auf bekannte Art und Weise für eine kurze Abfragezeit (z. B. 100 ps lang) an die Ausgangsspannung des dem Druckmesser 9 nachgeschalteten Verstärkers 28 anschaltet und so den zu diesem Zeitpunkt herrschenden Momentanspannungswert erfaßt und speichert. Der dem Manien tanwertspeicher 21 nachgeschaltete Spannungsmesser 23 zeigt den gespeicherten Gleichspannungswert bei Abschluß der Druckaufbauphase an, der ein äquivalentes Maß der gemessenen Druckdifferenz Po— Pi ist und damit dem Restvolumen bzw. den Volumenverhältnissen von Lagergut 2 und Gasraum 1 entspricht. Der Spannungsmesser kann daher in Volumeneinheiten des Lagerguts, z. B. Liter, geeicht werden.

Im Zeitpunkt der beim Druck P\ erfolgenden Rückschaltung des 3/2-Wege-Magnetventils 5 und der damit verbundenen öffnung des Druckausgleichswegs A —R beginnt ein Druckausgleich im Gasraum 1 des Behälters 3 über die Druckausgleichsleitung 6 und das regelbare Drosselventil 7 mit der Atmosphäre. Dieser Druckausgleich ist erst bei Erreichen des Druckes P_n im Gasraum 1 beendet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.4, 5, und 6 wurden hier der Einfachheit der Darstellung halber analöge Meß-, Auswerte- und Anzeigesystemc verwendet wie z. B. Kippglied, Schwellenwertschalter. Momentanwertspeicher, Analog-Spannungsmesser. Statt dessen können aber auch an sich bekannte Systeme der digitalen Technologie, z. B. Analog/Digitalwandler, Mikro-Prozessoren, Zählerschaltungen, Halbleiterspeicher usw. zur Lösung der beschriebenen Funktionen sinngemäß eingesetzt werden.

Der Taktgeber 10 kann beispielsweise ein astabiler Multivibrator, ein sonstiger einfacher integrierter Zeitgeber mit oder ohne Quarzstabilisierung sowie auch ein prellfreier, manuell zu bedienender Schalter sein.

Statt der Luftpumpe zum Aufbau des Drucks im Gasraum des Behälters im intermittierenden Betrieb ge-

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meinsam mit einem 3/2-Wege-Majjnetventil zur Umsteuerung des Druckaufbau- und Druckausgleichsweges zu verwenden, kann auch eine ständig laufende Luftpumpe, die fest an den Gasraum des Behälters angeschlossen ist, in Verbindung mit einem steuerbaren Durchgangsventil, z. B. 2/2-Wege-Magnetventil, das zwischen Gasraum und Atmosphäre angeordnet und bei Druckaufbau geschlossen und bei Druckausgleich geöffnet ist, verwendet werden. Bei Messungen während des Druckausgleichs wirkt dann zwar die Förderleislung der dauernd laufenden Luftpumpe dem Druckausgleich entgegen. Jedoch bedeutet dies im Endeffekt keine Beeinträchtigung der Messung.

Bezüglich der Einrichtungsbeispiele F i g. 4,5 und 6 ist zu beachten, daß die Abstände der Taktsignale des Taktgebers 10 so gewählt werden, daß — bezogen auf die Messung eines unbefüllten Behälters — die Arbeitszustände aller in den vorgenannten Einrichtungsbeispielen aufgeführten Monoflops sowie des Kippgliedes 22 abgelaufen s'-td, bevor das nächstfolgende Taktsignal des Zeitgebers 10 ausgelöst wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Ermittlung und Anzeige der Menge eines flüssigen oder festen Lagergutes, das in einem geschlossenen Behälter von konstantem Volumen zusammen mit einem das Restvolumen des Behälterinnern auffüllenden, unter einem vom Atmosphärendruck abweichenden und begrenzt veränderbaren Druck (Oberdruck oder Unterdruck) ge- ίο haltenen gasförmigen Füllmittel enthalten ist und bei der das Restvolumen (oder eine ein Maß für dieses darstellende Größe) als Maß für die Lagergutmenge dient, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen an das Restvolumen des Behälters ständig angeschlossenen Druckmesser, eine Luftdruckquelle (Druck- oder Vakuumpumpe, Druck- oder Unterdruckspeicher) mit selbsttätiger Einschalt- und Ausschaltregelipig. eine verschließbare Druckausgieichsöffnung zwischen Restvolumen und Aimo-Sphäre (oder einer anderen Bezugsgröße) und ein steuerbares Absperrorgan zum Verschließen und Öffnen der Druckausgleichsöffnung aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdruckquelln mit zeitabhängiger Einschalt- und druckabhängiger Ausschaltregelung versehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdruckquelle mit zeitabhängiger Einschalt- und zeitabhängiger Ausschaltregelung versehen ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingesch^Jteter Luftdruckquelle (13) die verschließbare Druckausgleichsleitung (6) mittels des steuerbaren A.bsperrorgans (5) verschlossen und erst bei oder nach Erreichen des Drucks Pi des Füllmittels im Restvolumen (1), beispielsweise bei Druck P₂, durch ein logisches Signal des dem Druckmesser (9) angeschlossenen Schwellenwertschalters (15) unmittelbar oder verzögert wieder geöffnet ist, daß ferner die Messung der Druckänderungszeiten t_p oder td als dem Restvolumen (1) proportionale Größen bei konstanter Druckdifferenz |P<>— P\\ und konstanter (ggf. mittlerer) Druckänderungsleistung L_p oder La mittels der Schaltvorrichtung (22) erfolgt, welche alle Augenblickswerte einer Spannung (oder eines Stromes) über einen bestimmten Zeitabschnitt aufsummiert (integriert), und dieser aufsummierenden (integrierenden) Schaltvorrichtung (22) ein Momentanwertspeicher (21) nachgeordnet ist, und daß der an das Restvolumen (1) angeschlossene Druckmesser (9) bei Messung der Druckwerte Po und P\ jeweils logische Signale auslöst, wobei das eine dieser Signale die aufsummierende (integrierende) Schaltvorrichtung (22) aus ihrer Ausgangsstellung startet, während das andere Signal zeitlich später den Eingang des Momentanwertspeichers (21) kurzzeitig an die aufsummierende (integrierende) Schaltvorrichtung (22) anschaltet und den in der Anschaltzeitspanne anstehenden Spannungs- (oder Strom-)Wert abfragt, speichert und auf einem, dem Momentanwertspeicher (21) nachgeschalteten elektrischen Meßinstrument (23) als Maß für die Lagergutmenge anzeigt.

5. Einrichtung nach Anspruch I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Signale eines Zeitglieds (26), manuell oder selbsttätig in frei wählbaren Zeitabständen periodisch die Luftdruckquelle (13) einschalten und nach Ablauf einer frei wählbaren fest eingestellten Betriebsdauer wieder abschalten, daß bei Einschalten der Luftdruckquelle (13) die verschließbare Druckausgleichsöffnung (6) mittels des steuerbaren Absperrorgans (5) schließt und nach Abschalten der Luftdruckquelle (13) durch Umsteuern des Absperrorgan (5) wieder öffnet, daß ferner die Messung der im Restvolumen (1) im Verlauf der Betriebsdauer der Luftdruckquelle (13) entstehenden Druckdifferenz |P₀— P\\ mittels des Druckmessers (9) erfolgt, dessen elektrische Ausgangsinformation im Zeitpunkt der Abschaltung der Luftdruckquelle (13) von dem Momentanwertspeicher (21) abgefragt, gespeichert und auf dem nachgeschalteten elektrischen Meßinstrument (23) als Maß für die Lagergutmenge angezeigt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltvorrichtung (22) ein Kippspannungsglied dient, das είπε lineare, beispielsweise mit der Zeit ansteigende elektrische Gleichspannung erzeugt und das vor jeder neuen Anstiegsfunktion in seinen Ausgangszustand zurückgesetzt ist

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltvorrichtung (22) eine digitale Zählerschaltunf dient.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Differenzbildung von Behähergesamtvolumen und Restvolumen analoge Addier- bzw. Subtrahierschaltungen oder ähnlich wirksame analoge Netzwerke vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Steuer-, Meß- und Rechenfunktionen Mikroprozessoren vorgesehen sind.