DE3719551A1

DE3719551A1 - Method and device for the determination of the liquid content of at least one container filled partly with liquid and partly with gas

Info

Publication number: DE3719551A1
Application number: DE19873719551
Authority: DE
Inventors: Eduard Prof Dr Igenbergs
Original assignee: Igenwert GmbH
Current assignee: Igenwert GmbH
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1988-12-29

Abstract

A method is described for the determination of the liquid content of containers which are filled partly with gas and partly with liquid. In the method the volume of gas present in the container following a compression or expansion process is determined from the work delivered or extracted in the course of the compression or expansion and the consequent change in the pressure of the gas. The liquid volume is then determined from the difference between the presumed-known predetermined container volume and the gas volume.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Flüssigkeitsinhalts zumindest eines ein festes Volumen aufweisenden, teilweise mit Flüssigkeit und teilweise mit Gas gefüllten Behälters, insbesondere eines Treibstofftanks. Ferner ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gerichtet.The invention relates to a method for determining the liquid content at least one having a fixed volume, partly filled with liquid and partly with gas Container, in particular a fuel tank. Further is the invention of a device for performing this Procedural directed.

Die Bestimmung des Flüssigkeitsinhalts von Behältern ist prinzipiell auf vielfältige Art und Weise möglich. Bereits bekannte Methoden sind beispielsweise zusammengestellt in dem Artikel "Review of UK developments in aircraft fuel management systems" im "Aeronautical journal", Oktober 1983, Seiten 301 bis 320.The determination of the liquid content of containers is in principle possible in a variety of ways. Already Known methods are compiled for example in the article "Review of UK developments in aircraft fuel management systems "in the" Aeronautical journal ", October 1983, Pages 301 to 320.

Besondere Schwierigkeiten bereitet es, eine neigungsunabhängige Inhaltsbestimmung von beliebig geformten Behältern mit möglichst hoher Genauigkeit vorzunehmen, wie dies insbesondere bei der Bestimmung des Kraftstoffinhalts von Flugzeugtanks gefordert wird.It is particularly difficult to find a slope-independent Determine the content of any shaped container with to perform as high a precision as possible, in particular in determining the fuel content of aircraft tanks is required.

Die Ermittlung des Kraftstoffinhalts von Flugzeugtanks erfolgt üblicherweise mittels kapazitiver Sonden in Form eines Zylinderkondensators mit profilierter Innenelektrode, deren Durchmesser über die Höhe so variiert, daß die Kapazitätsänderung bei schwankendem Kraftstoff-Pegel der Volumenänderung in dem jeweiligen Tank entspricht. Die Herstellung dieser individuell für jede Tankform zu fertigenden Sonden ist sehr aufwendig, und dieses Meßsystem ist generell mit dem Nachteil behaftet, daß die durch die jeweilige Flugzeuglage bedingte Momentan-Tankposition nur dadurch im begrenztem Maße bei der Ermittlung des Tankinhalts berücksichtigt werden kann, daß versucht wird, die Sonde bzw. die Sonden geeignet im jeweiligen Tank zu positionieren. Als Folge der vergleichsweise hohen Meßungenauigkeit ist es erforderlich, die ständig mitzutransportierende Sicherheits-Reserve bei Flug zeugen relativ groß zu wählen, was sich entsprechend ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt.The fuel content of aircraft tanks is determined usually using capacitive probes in the form of a Cylinder capacitor with profiled inner electrode, the Diameter varies over height so that the change in capacity with fluctuating fuel level of the volume change in the respective tank. The manufacture of this individually for each type of tank to be manufactured is very complex, and this measuring system is generally disadvantageous afflicted that caused by the respective aircraft position Current tank position only because of this to a limited extent be taken into account when determining the tank content may be attempted, the probe or probes are suitable to position in the respective tank. As a result of the comparatively high measurement inaccuracy, it is necessary Safety reserve to be carried along during flight testify to choose relatively large, which is correspondingly unfavorable affects the economy.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das es gestattet, das in einem Behälter, insbesondere einem Tank vorhandene Flüssigkeitsvolumen und damit die Masse mit im Vergleich zu bekannten Systemen hoher Genauigkeit und unabhängig von der Raumform und der Neigung des jeweiligen Behälters zu bestimmen. Außerdem soll dieses Verfahren mit geringem technischem Aufwand realisierbar und auch im Sinne einer kostengünstigen Nachrüstung bei bereits vorhandenen Einrichtungen und Anlagen verwendbar sein.The object of the invention is a method of the aforementioned To create a type that allows it to be stored in a container, volume of liquid present in particular in a tank and thus the mass compared to known systems high accuracy and regardless of the spatial shape and to determine the inclination of the respective container. Furthermore this method should be realizable with little technical effort and also in terms of cost-effective retrofitting usable with existing facilities and systems be.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß der Gasanteil des Behältersinhalts während einer vorgebbaren Zeitspanne einer Kompression oder Expansion unterworfen und dabei zumindest die zu- oder abgeführte Arbeit und die Druckänderung im Gas ermittelt werden, und daß das Flüssigkeitsvolumen aus der Differenz zwischen dem bekannten Behältervolumen und dem nach Beendigung des Kompressions- oder Expansionvorgangs vorhandenen Gasvolumen erhalten wird, welches mittels der GleichungThis object is essentially achieved according to the invention characterized in that the gas content of the container content during a predefinable period of time subjected to compression or expansion and at least the work being carried in or out and the pressure change in the gas are determined, and that the Volume of liquid from the difference between the known Container volume and after the compression or existing gas volume expansion process which is determined using the equation

bestimmt wird, in der mitis determined in the with

V = das Volumen in m³ P = der Druck in N/m² L = die zu- oder abgeführte Arbeit in Ws und mit n = der Polytropenexponent V = the volume in m³ P = the pressure in N / m² L = the work in or out in Ws and with n = the polytropic exponent

bezeichnet und der Zustand des aus dem Behälter, der darin enthaltenen Flüssigkeit und dem darin enthaltenen Gas beste henden Systems vor Beginn der Kompression oder Expansion mit dem Subskript (1) und der Zustand des System nach Beendigung der Kompression oder Expansion mit dem Subskript (2) gekennzeichnet ist.designated and the condition of the from the container that is in it contained liquid and the gas contained therein best system before compression or expansion begins with the subscript (1) and the state of the system after termination compression or expansion with the subscript (2) is marked.

Da die gemäß der Erfindung vorgesehene Bestimmung des Volumens und die damit unter Berücksichtigung der bekannten Temperatur ohne weiteres mögliche Bestimmung der Masse anhand von Meßwerten erfolgt, die ohne besondere Schwierigkeit mit hoher Genauigkeit erhalten werden können, ergibt sich bei der Volumen- bzw. Massebestimmung ebenfalls eine hohe, insbesondere von der Neigung des jeweiligen Behälters oder Tanks unabhängige Genauigkeit, welche im Falle von Flugzeugen eine solche Reduzierung der mitzutransportierenden Sicherheits-Reserve gestattet, daß sich das zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung benötigte System vergleichsweise schnell amortisiert.Since the determination of the volume provided according to the invention and taking into account the known temperature easily possible determination of the mass based on of measured values is carried out with no particular difficulty can be obtained with high accuracy the volume or mass determination is also high, in particular on the inclination of the respective container or tank independent accuracy, which in the case of aircraft a such a reduction in the safety reserve to be transported allows that to carry out the procedure comparatively required system according to the invention quickly amortized.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird in Systemen, bei denen während des Kompressions- oder Expansionvorgangs im Behälter eine auftretende Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr vernachlässigbar ist, anstelle des Polytropenexponenten der der Art und Zusammensetzung des jeweiligen Gases entsprechenden Adiabatenexponent zur Gasvolumenberechnung verwendet. Da aber im allgemeinen bei einem Behälter während des Kompressions- oder Expansionsvorgangs eine Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr erfolgt und dabei sowohl im Gas wie in der Flüssigkeit örtliche und zeitliche Temperaturunterschiede auftreten, ist es erforderlich, mit dem Polytropenexponenten zu arbeiten. Dazu wird vorzugsweise eine Messung der Schallgeschwindigkeit im Gas vorgesehen und aus dieser Schallgeschwindigkeitsmessung ein über die im Behälter gewählte Meßstrecke gemittelter erster Temperaturwert zu Beginn und ein zweiter Temperaturwert zu Ende der Kompression oder Expansion bestimmt. Aus den auf diese Weise gewon nenen Temperaturwerten und den zugehörigen Druckwerten läßt sich dann der Polytropenexponent bestimmen.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention is used in systems in which during the compression or expansion process occurring in the container Heat supply or heat dissipation is negligible instead of the polytropic exponent of the type and composition of the respective adiabatic exponent used for gas volume calculation. But in general for a container during the compression or expansion process a heat supply or heat dissipation takes place and thereby local and temporal in both the gas and the liquid Differences in temperature occur, it is necessary with to work the polytropic exponent. This is preferred a measurement of the speed of sound in the gas is provided and from this speed of sound measurement one over that in the container selected measuring section averaged first temperature value at the beginning and a second temperature value at the end of the compression or expansion determined. From the won in this way temperature values and the associated pressure values then determine the polytropic exponent.

Der Temperaturermittlung über eine Schallgeschwindigkeitsmessung kommt generell und unabhängig von dem geschilderten Anwendungsfall besondere Bedeutung zu, da sie es insbesondere gestattet, den mittleren Temperaturwert über jeweils eine definierte Meßstrecke zu bestimmen.Temperature determination using a speed of sound measurement comes generally and regardless of the application described special meaning too since it is it in particular allowed the mean temperature value over a defined one To determine the measuring distance.

Die bei der Kompression bzw. Expansion zu- oder abgeführte Arbeit kann in einfacher Weise durch Bestimmung der benötigten Pumpleistung ermittelt werden, wobei die dazu erforderliche elektrische Leistungsmessung unter Berücksichtigung des jeweiligen, problemfrei zu bestimmenden Wirkungsgrades mit hoher Genauigkeit durchführbar ist.The one added or removed during compression or expansion Work can be done easily by determining what is needed Pump power can be determined, the required electrical power measurement taking into account the respective, easily determined efficiency with high accuracy is feasible.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung betrifft die Bestimmung des Flüssigkeitsinhalts von zwei teilweise mit Gas und teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behältern, die durch zumindest eine Leitung mit in diese Leitung eingeschalteter Pumpe miteinander verbunden sind. Dieser Fall liegt generell bei Tanksystemen von Flugzeugen vor, bei denen die in verschiedenen Bereichen des Flugzeugs untergebrachten Einzeltanks über Leitungen miteinander in Verbindung stehen und ein Umpumpen des Tankinhalts beispielsweise zu Trimmzwecken üblich ist.A particularly advantageous embodiment of the method according to the invention relates to the determination of the liquid content of two partly with gas and partly with liquid filled containers through at least one line connected to each other with the pump switched on in this line are. This is generally the case with tank systems from Airplanes in which the in different areas of the Aircraft housed individual tanks via lines to each other communicate and pump over the tank contents for example for trim purposes.

Diese Ausführungsvariante der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Gasanteile der Behälterinhalte durch ein Umpumpen von Flüssigkeit aus dem einen Behälter in den anderen Behälter einer Kompression bzw. einer Expansion unterworfen werden, daß die Druckänderungen in beiden Behältern sowie die von der das Umpumpen der Flüssigkeit bewirkenden Pumpe geleistete Arbeit gemessen werden und daß aus den Druck- und Volumenwerten insbesondere zu Beginn und zum Ende der Kompression bzw. Expansion sowie aus der von der Pumpe erbrachten Leistung und dem bekannten oder insbesondere mittels einer Schallgeschwindigkeitsmessung bestimmten Polytropenexponenten die Gasvolumen beider Behälter errechnet und daraus unter Berücksichtigung der bekannten Tankvolumen der jeweilige Flüssigkeitsinhalt bestimmt wird.This embodiment variant of the invention is characterized by this from that the gas content of the container contents by a Pumping liquid from one container to the other Containers are subjected to compression or expansion be that the pressure changes in both tanks as well the pump that pumps the liquid around work performed and that from the pressure and volume values especially at the beginning and end of the Compression or expansion as well as from that provided by the pump Performance and the known or in particular by means a polytropic exponent determined by a sound velocity measurement the gas volume of both containers is calculated and from this taking into account the known tank volume of the the respective liquid content is determined.

Wie bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist dabei von Vorteil, daß die Druckmeßwerte auch dann mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können, wenn die verwendeten Sensoren zeitweise oder auch länger in die jeweilige Flüssigkeit getaucht oder von ihr umspült sind.As with all embodiments of the invention, this is from Advantage that the pressure measurements are then also with high accuracy can be determined if the sensors used temporarily or longer immersed in the respective liquid or are washed by it.

Die Umpumpvorgänge werden im Falle eines Flugzeugtanksystems stets zwischen solchen Tanks durchgeführt, aus denen gerade kein Abfluß erfolgt.The pumping operations are carried out in the case of an aircraft tank system always carried out between those tanks from which straight there is no drainage.

Besonders vorteilhafte Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung und der verschiedenen Ausführungsvarianten sind in den Unteransprüchen angegeben.Particularly advantageous devices for performing the method according to the invention and the different variants are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:The invention is described below using exemplary embodiments explained in more detail with reference to the drawing; in the drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der gemäß der Erfindung erfolgenden Inhaltsbestimmung eines Behälters unter Verwendung einer Pumpe, Fig. 1 is a schematic diagram for explaining the taking place according to the invention determination of content of a container using a pump,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer insbesondere zur Verwendung im schwerefreien Zustand geeigneten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 is a schematic illustration of a suitable particularly for use in severe condition embodiment of the invention,

Fig. 3 eine Variante der Anordnung nach Fig. 2, und Fig. 3 shows a variant of the arrangement of FIG. 2, and

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsinhalts von zwei teilweise mit Gas und teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behältern, wie sie beispielsweise in Form von Einzeltanks in Flugzeugen vorliegen. Fig. 4 is a schematic representation of a device for determining the liquid content of two containers partially filled with gas and partially filled with liquid, such as are present in the form of individual tanks in aircraft.

Fig. 1 zeigt einen Behälter 1, der teilweise mit Flüssigkeit und teilweise mit Gas gefüllt ist. Der jeweils von der Flüssigkeit eingenommene Raum ist dabei mit dem Bezugszeichen 2 und der jeweils vom Gas eingenommene Raum mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Fig. 1 shows a container 1 which is partly filled with liquid and partly with gas. The space occupied by the liquid is designated by reference number 2 and the space occupied by the gas by reference number 3 .

An den Gasraum 3 ist ein Druckmesser 4 angeschlossen, der in praktischen Ausführungsformen vorzugsweise in den Deckel integriert wird.A pressure meter 4 is connected to the gas space 3 and , in practical embodiments, is preferably integrated in the cover.

Mit dem Behälter 1 ist eine Pumpe 5 über eine Leitung 8 verbunden, die in den Flüssigkeitsraum 2 mündet, und zwar vorzugsweise bodenseitig.A pump 5 is connected to the container 1 via a line 8 , which opens into the liquid space 2 , preferably on the bottom side.

Die Pumpe 5 ist ferner mit einem Vorratsbehälter 6 verbunden, der ein vorgebbares Volumen von der auch im Behälter 1 vorhandenen Flüssigkeit enthält und dessen Druck bekannt ist oder jeweils ermittelt wird.The pump 5 is also connected to a storage container 6 which contains a predeterminable volume of the liquid also present in the container 1 and the pressure of which is known or is in each case determined.

Der Pumpe 5 zugeordnet ist ein elektrischer Leistungsmesser 7. Druckmesser 11, 12 sind ferner im Bereich der beiden Enden der Verbindungsleitung 8 angeordnet, um aus der Förderhöhe H resultierende, zusätzlich auftretenden Arbeiten kompensierend berücksichtigen zu können.An electrical power meter 7 is assigned to the pump 5 . Pressure gauges 11 , 12 are furthermore arranged in the region of the two ends of the connecting line 8 , in order to be able to compensate for additional work resulting from the delivery head H.

Dem Gasraum 3 des Behälters zugeordnet ist ferner ein aus Sender 9 und Empfänger 10 bestehendes Meßsystem zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit auf einer durch den Gasraum verlaufenden Meßstrecke. Associated with the gas space 3 of the container is also a measuring system consisting of transmitter 9 and receiver 10 for determining the speed of sound on a measuring section running through the gas space.

Es wird nun die Bestimmung des Gas- und Flüssigkeitsinhaltes in dem Behälter 1 im einzelnen erläutert.The determination of the gas and liquid content in the container 1 will now be explained in detail.

Der Zustand des aus dem Behälter 1, der darin enthaltenen Flüssigkeit und dem darin enthaltenen Gas bestehenden Systems vor Beginn der Kompression oder der Expansion wird mit dem Subskript (1) und der Zustand dieses Systems nach Beendigung der Kompression oder Expansion mit dem Subskript (2) be zeichnet.The state of the system consisting of the container 1 , the liquid contained therein and the gas contained therein before the commencement of the compression or expansion is shown with the subscript (1) and the state of this system after the end of the compression or expansion with the subscript (2) designated.

Ferner wird angegeben mitIt is also indicated with

V = das Volumen in m³ P = der Druck in N/m² L = die zu- oder abgeführte Arbeit in Ws n = der Polytropenexponent. V = the volume in m³ P = the pressure in N / m² L = the work in or out in Ws n = the polytropic exponent.

Nach den Gesetzen der Thermodynamik erhält man die beim Übergang vom Zustand 1 zum Zustand 2 zu- oder abgeführte Arbeit L _1-2 nach der GleichungAccording to the laws of thermodynamics, the work L _{1-2 that is} added or removed during the transition from state 1 to state 2 is obtained according to the equation

Das Volumen des Gases nach Beendigung der Kompression oder Expansion ergibt sich durch die Auflösung dieser Gleichung nach V₂The volume of the gas after completion of the compression or expansion results from the solution of this equation to V ₂

Dieses Volumen kann berechnet werden, wenn die zu- oder abgeführte Leistung L _1-2, der Druck P₁ und der Druck P₂ gemessen sind und der Polytropenexponent bekannt ist. This volume can be calculated if the input or output power L _1-2 , the pressure P ₁ and the pressure P ₂ are measured and the polytropic exponent is known.

Wird dem Behälter während der Bestimmung des Volumens des Gases keine Wärme zu- oder abgeführt, dann gilt für den Polytropenexponenten der der Art und Zusammensetzung des Gases entsprechende Adiabatenexponent γ.If no heat is added or removed to the container during the determination of the volume of the gas, then the adiabatic exponent γ corresponding to the type and composition of the gas applies to the polytropic exponent.

Im allgemeinen wird einem Behälter jedoch Wärme zu- oder abgeführt. Dabei werden sowohl in dem Gas wie in der Flüssigkeit örtliche und zeitliche Temperaturunterschiede auftreten. Die Ermittlung des Polytropenexponenten erfolgt gemäß der Erfindung über eine Messung der Schallgeschwindigkeit im Gas.Generally, however, heat is added to or removed from a container. This involves both the gas and the liquid local and temporal temperature differences occur. The polytropic exponent is determined in accordance with the invention on a measurement of the speed of sound in Gas.

Wird mitWill with

c = Schallgeschwindigkeit in m/s R = Gaskonstante in m²/sK (kann als bekannt vorausgesetzt werden, wenn die chemische Zusammensetzung des Gases bekannt ist) γ = Adiabatenexponent c = speed of sound in m / s R = gas constant in m² / sK (can be assumed to be known if the chemical composition of the gas is known) γ = adiabatic exponent

bezeichnet, dann giltdesignated, then applies

C² = q RT C² = q RT

undand

Aus der Schallgeschwindigkeit kann damit ein über die gewählte Meßstrecke in dem Behälter gemittelter Temperaturwert T₁ zu Beginn und T₂ zu Ende der Kompression oder Expansion bestimmt werden.From the speed of sound, a temperature value T ₁ at the beginning and T ₂ at the end of the compression or expansion can be determined over the selected measuring section in the container.

Für die polytrope Zustandsänderung gilt weiterhin:The following also applies to the polytropic change of state:

und damitand thus

Mit den gemessenen Werten T₂ und T₁ sowie P₂ und P₁ läßt sich mit Hilfe dieser Gleichung der Polytropenexponent n be stimmen.With the measured values T ₂ and T ₁ as well as P ₂ and P ₁, the polytropic exponent n can be determined using this equation.

Wenn zur Kompression oder Expansion eine Pumpe wie im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 eingesetzt werden kann, dann wird die Arbeit L _1-2 aus der zu- oder abgeführten Pumpleistung bestimmt, wobei natürlich der Wirkungsgrad berücksichtigt und in jedem Einzelfall einmal bestimmt werden muß.If a pump can be used for compression or expansion, as in the case of the exemplary embodiment according to FIG. 1, then the work L _{1-2 is determined} from the pumping or discharging pump power, the efficiency of course being taken into account and having to be determined once in each individual case .

Ist die Pumpe 5 vom Behälter 1 entfernt, dann muß die zur Volumen bestimmung erforderliche Arbeit aus der von der Pumpe 5 geleisteten Arbeit durch Abzug von Reibungsarbeit und der zur Überwindung anderer Leitungsverluste erforderlichen Arbeit und ggf. der in einem Schwerefeld zur Überwindung der erforderlichen Förderhöhe zwischen Pumpe und der Oberfläche der Flüssigkeit nötigen Arbeit bestimmt werden, wobei diese Arbeit je nach Pumprichtung positiv oder negativ sein kann.If the pump 5 is removed from the container 1 , then the work required for determining the volume must be made from the work performed by the pump 5 by subtracting friction work and the work required to overcome other line losses and, if applicable, the work in a gravitational field to overcome the required delivery head between Pump and the surface of the liquid necessary work can be determined, which work can be positive or negative depending on the pumping direction.

Zur Messung dieser zusätzlich auftretenden Arbeiten erfolgt außer der mittels des Druckmessers durchgeführten Druckmessung im Behälter 1 noch eine Druckmessung mittels der Meßgeräte 11 und 12 an beiden Enden der Verbindungsleitung 8 zwischen Pumpe 5 und Behälter 1.To measure this additional work, in addition to the pressure measurement in container 1 carried out by means of the pressure meter, a pressure measurement is also carried out by means of measuring devices 11 and 12 at both ends of connecting line 8 between pump 5 and container 1 .

Fig. 2 zeigt in schematischer Weise eine Anordnung, wie sie beispielsweise im schwerefreien Zustand eingesetzt werden kann, wenn keine Pumpe verwendbar ist und die zu- oder abgeführte Arbeit durch eine definierte Volumenänderung geleistet wird. Fig. 2 shows schematically an arrangement as they can for example be used in severe condition, if a pump is not used and the supplied or discharged work is done by a defined change in volume.

Dazu wird im Gasraum 3 des Behälters 1 ein mittels Hochdruckgas aufblasbares Volumen in Form eines Verdrängungskörpers 14 vorgesehen, der mit einer Quelle 13 für Hochdruckgas in Verbindung steht.For this purpose, a volume which can be inflated by means of high-pressure gas is provided in the gas space 3 of the container 1 in the form of a displacement body 14 which is connected to a source 13 for high-pressure gas.

Alternativ kann entsprechend der Darstellung in Fig. 3 mittels einer Abtrennvorrichtung 15 ein bestimmtes Gasvolumen des Gasraumes 3 abgetrennt werden, worauf dann aus diesem abgetrennten Volumen das Gas durch Abblasen oder Auspumpen 16 entfernt und dann das evakuierte Volumen wieder zum Behältervolumen hinzugefügt wird. Dieser Vorgang entspricht einer geregelten Expansion mit einer bekannten Änderung der Gasmen ge.Alternatively, as shown in FIG. 3, a specific gas volume of the gas space 3 can be separated by means of a separation device 15 , whereupon the gas is removed from this separated volume by blowing off or pumping out 16 and then the evacuated volume is added to the container volume. This process corresponds to a controlled expansion with a known change in gas quantities.

Man kann auch einen evakuierten Expansionstank 16 am Behälter anschließen und öffnen. Ist Δ V die bekannte Volumenveränderung, dann giltAn evacuated expansion tank 16 can also be connected to the container and opened. If Δ V is the known volume change, then the following applies

Δ V = V₁ - V₂ Δ V = V ₁ - V ₂

und für die Arbeit giltand applies to work

Dieser Ausdruck für die Arbeit wird in die Gleichung zur Berechnung von V₂ eingesetzt, dann wird V₂ wie bereits dargelegt bestimmt.This expression for the work is used in the equation for calculating V ₂, then V ₂ is determined as already stated.

Fig. 4 zeigt in schematischer Weise eine Vorrichtung zur Bestimmung des Inhaltes von zwei teilweise mit Gas und teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behältern 1, 1′, deren Flüssigkeitsräume 2, 2′ über eine Leitung 8, 8′ mit zwischengeschal teter Pumpe 5 miteinander verbunden sind. Fig. 4 shows schematically a device for determining the content of two containers partly filled with gas and partly filled with liquid 1 , 1 ' , the liquid spaces 2 , 2' of which are connected via a line 8 , 8 ' with an interposed pump 5 .

Den Gasräumen 3, 3′ sind wiederum Druckmesser 4, 4′ zugeordnet, und es sind auch Sender 9, 9′ und Empfänger 10, 10′ zur Messung der Schallgeschwindigkeit in den Gasräumen 3, 3′ vorgesehen. Die beiden ergänzend mit den Buchstaben A und B gekennzeichneten Behälter befinden sich auf unterschiedlichem Niveau. Die Fallhöhen zwischen den Behältern und der Pumpe 5 sind dabei in Fig. 4 mit F₁ und F₂ bezeichnet.The gas spaces 3 , 3 ' are in turn associated with pressure gauges 4 , 4' and there are also transmitters 9 , 9 ' and receivers 10 , 10' for measuring the speed of sound in the gas spaces 3 , 3 ' . The two containers additionally marked with the letters A and B are at different levels. The heads between the containers and the pump 5 are designated in Fig. 4 with F ₁ and F ₂.

Druckmesser 11, 11′ und 12, 12′ sind jeweils an den Enden der Verbindungsleitungen 8, 8′ am jeweiligen Behälter bzw. an der Pumpe vorgesehen. Die Pumpenleistung wird mittels eines Meßgerätes 7 bestimmt.Pressure gauges 11 , 11 ' and 12 , 12' are each provided at the ends of the connecting lines 8 , 8 ' on the respective container or on the pump. The pump output is determined by means of a measuring device 7 .

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird Flüssigkeit aus dem einen Behälter, z. B. dem Tank A, in den anderen Behälter, z. B. dem Tank B, gepumpt. Die Druckänderungen in den beiden Behältern werden ebenso gemessen wie die von der Pumpe 5 geleistete Arbeit.According to the method according to the invention, liquid from a container, e.g. B. the tank A , in the other container, for. B. the tank B , pumped. The pressure changes in the two containers are measured as well as the work done by the pump 5 .

Der Druck P und das Volumen V zu Beginn einer Kompression oder einer Expansion werden wiederum mit dem Index (1), der Druck und das Volumen bei Beendigung der Kompression oder Expansion mit dem Index (2) gekennzeichnet; der Index A bezeichnet einen dem Behälter A zugeordneten Parameter, während der Index B einen dem Behälter B zugeordneten Parameter darstellt.The pressure P and the volume V at the start of compression or expansion are again identified by the index (1), the pressure and the volume at the end of compression or expansion by the index (2); index A denotes a parameter assigned to container A , while index B represents a parameter assigned to container B.

Die Druckänderung im Tank A erfordert die ArbeitThe pressure change in tank A requires work

Die Druckänderung im Tank B erfordert die Arbeit The pressure change in tank B requires work

Die Summe dieser Arbeiten ist die von der Pumpe zu erbringende Leistung L,The sum of this work is the power L to be provided by the pump,

L = L _{A, 1-2} + L _{B, 1-2} L = L _{A , 1-2} + L _{B , 1-2}

Diese Leistung kann gemessen werden.This performance can be measured.

Das aus dem Behälter A gepumpte Flüssigkeitsvolumen ist gleich dem in den Behälter B gepumpten Volumen und umgekehrt.The volume of liquid pumped from container A is equal to the volume pumped into container B and vice versa.

V _A1 - V _A2 = V _B2 - V _B1 V _{A 1} - V _{A 2} = V _{B 2} - V _{B 1}

Weiterhin gelten in beiden Behältern A und B Gleichungen für polytrope ZustandsänderungenEquations for polytropic changes of state also apply in both containers A and B.

Wenn die Druckwerte P _A1, P _A2, P _B1, P _B2 sowie die Pumpleistung L gemessen werden und die polytropen Exponenten n _A und n _B in den Tanks A und B entweder bekannt sind oder in der bereits beschriebenen Weise ermittelt werden, dann liegt ein System von sechs Gleichungen vor, aus denen die sechs unbekannten Größen V _A1, V _A2, V _B1, V _B2, L _{A, 1-2}, L _{B, 1-2} bestimmt werden können. Aus den Gasvolumen V _A2 und V _B2 kann dann bei bekannten Tankvolumen der Flüssigkeitsinhalt der beiden Behälter A und B bestimmt werden.If the pressure values P _{A 1} , P _{A 2} , P _{B 1} , P _{B 2} and the pump power L are measured and the polytropic exponents n _A and n _B in the tanks A and B are either known or are determined in the manner already described , then there is a system of six equations from which the six unknown quantities V _{A 1} , V _{A 2} , V _{B 1} , V _{B 2} , L _{A , 1-2} , L _{B , 1-2} can be determined. If the tank volume is known, the liquid content of the two containers A and B can then be determined from the gas volumes V _{A 2} and V _{B 2} .

Um bei sich auf unterschiedlicher Höhe befindenden Behältern den Gegebenheiten einer schwerebehafteten Umgebung Rechnung zu tragen, muß die jeweilige Förderhöhe F₁, F₂ zwischen der Pumpe 5 und den Behältern A und B berücksichtigt werden.In order to take into account the conditions of a heavily contaminated environment with containers at different heights, the respective delivery head F ₁, F ₂ between the pump 5 and the containers A and B must be taken into account.

Dies erfolgt vorzugsweise in der Art, daß unmittelbar an der Pumpe 5 und an den Zuleitungen 8, 8′ zu den Behältern A und B Druckmesser 12, 12′ angebracht werden.This is preferably done in such a way that pressure meters 12 , 12 'are attached directly to the pump 5 and to the feed lines 8 , 8' to the containers A and B.

Aus der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Behälter und dem entsprechenden Druck an der Pumpe kann die für die Förderhöhe zu erbringende oder sich aus dieser ergebende Arbeit zusammen mit den Arbeitsanteilen bestimmt werden, die erforderlich sind, um Reibungsverluste und Strömungsverluste in den Leitungen zwischen der Pumpe 5 und den Behältern A und B zu erbringen. Diese zusätzliche Arbeit wird unter Berücksichtigung ihres Vorzeichens bei der bereits erläuterten Volumens- bzw. Inhaltsbestimmung korrigierend berücksichtigt.The pressure difference between the pressure in the container and the corresponding pressure at the pump can be used to determine the work to be performed for the delivery head or to result from this, together with the work components that are required to reduce friction losses and flow losses in the lines between the pump 5 and to provide containers A and B. This additional work is correctively taken into account, taking into account its sign, in the volume or content determination already explained.

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich auch besonders zur Nachrüstung, da der erforderliche gerätetechnische Aufwand gering ist. Dies erleichtert auch den Einsatz der Vorrichtung nach Erfindung als Zusatzsystem, das überdies den Vorteil mit sich bringt, daß es eine Überprüfung herkömmlicher, bereits eingebauter Durchflußmeßsysteme gestattet, eine sofortige Erfassung von nicht korrekt geschlossenen Tanks und eventuellen Lecks ermöglicht und aufgrund seiner insbesondere bei möglichst vollem Tank gegebenen hohen Genauigkeit sogar die Überprüfung der Triebwerksleistungen zuläßt.The device according to the invention is also particularly suitable for retrofitting, as the required equipment Effort is low. This also facilitates the use of the Device according to the invention as an additional system, moreover has the advantage of reviewing traditional, already installed flow measuring systems allowed, immediate detection of incorrectly closed Tanks and possible leaks and because of it especially when the tank is as accurate as possible even checking engine performance allows.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Flüssigkeitsinhalts zumindest eines ein festes Volumen aufweisenden, teilweise mit Flüssigkeit und teilweise mit Gas gefüllten Behälters, insbesondere eines Treibstofftanks, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasanteil des Behälterinhalts während einer vorgebbaren Zeitspanne einer Kompression oder Expansion unterworfen und dabei zumindest die zu- oder abgeführte Arbeit und die Druckänderung im Gas ermittelt werden, und daß das Flüssigkeitsvolumen aus der Differenz zwischen dem bekannten Behältervolumen und dem nach Beendigung des Kompressions- oder Expansionsvorgangs vorhandenen Gasvolumen erhalten wird, welches mittels der Gleichung bestimmt wird, in der mitV= das Volumen in m³P= der Druck in N/m²L= die zu- oder abgeführte Arbeit in Ws und mitn= der Polytropenexponentbezeichnet und der Zustand des aus dem Behälter, der darin enthaltenen Flüssigkeit und dem darin enthaltenen Gas bestehenden Systems vor Beginn der Kompression oder der Expansion mit dem Subskript (1) und der Zustand des Systems nach Beendigung der Kompression oder Expansion mit dem Subskript (2) gekennzeichnet ist.1. A method for determining the liquid content of at least one container having a fixed volume, partly filled with liquid and partly filled with gas, in particular a fuel tank, characterized in that the gas portion of the container contents is subjected to compression or expansion during a predeterminable period of time and at least in the process - or performed work and the pressure change in the gas are determined, and that the liquid volume is obtained from the difference between the known container volume and the gas volume present after the compression or expansion process, which is by means of the equation is determined in which V = the volume in m³ P = the pressure in N / m² L = the supply or discharge work in Ws and n = the polytropic exponent and the condition of the container, the liquid contained therein and the contained gas existing system before the start of compression or expansion with the subscript (1) and the state of the system after completion of the compression or expansion with the subscript (2) is marked.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte kontinuierlich ermittelt und der Flüssigkeitsinhalt und/oder der Verbrauch in Form einer dynamischen Anzeige ständig dargestellt wird bzw. werden.2. The method according to claim 1, characterized, that the measured values are continuously determined and the liquid content and / or consumption in the form of a dynamic Display is or will always be displayed.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Systemen, bei denen eine während des Kompressions- oder Expansionvorgangs im Behälter auftretende Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr vernachlässigbar ist, anstelle des Polytropenexponenten (n) der der Art und Zusammensetzung des jeweiligen Gases entsprechende Adiabatenexponent (γ) zur Gasvolumenberechnung verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in systems in which a heat supply or heat dissipation occurring during the compression or expansion process in the container is negligible, instead of the polytropic exponent (s) the adiabatic exponent corresponding to the type and composition of the respective gas (γ) is used for gas volume calculation.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polytropenexponent (n) durch eine Schallgeschwindigkeitsmessung im Gas bestimmt und dazu mittels der For mel die über eine Meßstrecke im Behälter gemittelten Temperaturwerte T₁ zu Beginn und T₂ zu Ende der Kompression oder Expansion ermittelt werden und dann aus diesen Temperaturwerten und den zugehörigen Druckwerten der Polytropenexponent (n) durch die Gleichung bestimmt wird; dabei istc= Schallgeschwindigkeit in m/sR= Gaskonstante in m²/sKγ= AdiabatenexponentP= Druck in N/m²T= Temperatur in K.4. The method according to claim 1, characterized in that the polytropic exponent (s) determined by a sound velocity measurement in the gas and for this purpose by means of the mel the temperature values T ₁ averaged over a measuring section in the container at the beginning and T ₂ at the end of the compression or expansion are determined from these temperature values and the associated pressure values of the polytropic exponent (s) by the equation is determined; where c = speed of sound in m / s R = gas constant in m² / sK γ = adiabatic exponent P = pressure in N / m² T = temperature in K.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu- oder abgeführte Arbeit aus der für die Kompression oder Expansion aufgewandten Pumpleistung bestimmt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the input or output work from that for compression or expansion of pumping power determined becomes.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu- oder abgeführte Arbeit über eine definierte Volumenveränderung nach der Gleichung bestimmt wird; dabei istV= Volumen in m³P= Druck in N/m²n= Polytropenexponent.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the supplied or removed work on a defined volume change according to the equation is determined; where V = volume in m³ P = pressure in N / m² n = polytropic exponent.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Flüssigkeitsinhalt von zwei teilweise mit Gas und teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behältern, die durch zumindest eine Leitung mit in diese Leitung eingeschalteter Pumpe miteinander verbunden sind, bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasanteile der Behälterinhalte durch ein Umpumpen von Flüssigkeit aus dem einen Behälter in den anderen Behälter einer Kompression bzw. einer Expansion unterworfen werden, daß die Druckänderungen in beiden Behältern sowie die von der das Umpumpen der Flüssigkeit bewirkenden Pumpe geleistete Arbeit gemessen werden und daß aus den Druck- und Volumenwerten zumindest zu Beginn und zum Ende der Kompression bzw. Expansion sowie aus der von der Pumpe erbrachten Leistung und den bekannten oder insbesondere mittels einer Schallgeschwindigkeitsmessung bestimmten Polytropenexponenten die Gasvolumen beider Behälter errechnet und daraus unter Berücksichtigung der bekannten Tankvolumen der jeweilige Flüssigkeitsinhalt bestimmt wird.7. The method according to one or more of the preceding claims, in which the liquid content of two is partial containers filled with gas and partly with liquid, through at least one line in this line switched on pump are interconnected, determined becomes, characterized, that the gas content of the container contents by pumping of liquid from one container to the other subject to compression or expansion be that the pressure changes in both tanks as well the pump that pumps the liquid around work done can be measured and that from the Pressure and volume values at least at the beginning and at the end the compression or expansion and from that of the pump performed and the known or in particular determined by means of a sound velocity measurement Polytropic exponents calculated the gas volume of both containers and from it taking into account the known Tank volume determines the respective liquid content becomes.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich in einer schwerebehafteten Umgebung auf unterschiedlicher Höhe befindenden Behältern zusätzlich die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Behälter und dem Druck unmittelbar an der Pumpe bestimmt und daraus die für die jeweilige Förderhöhe zu erbringende oder sich aus dieser ergebende Arbeit zusammen mit den Arbeitsanteilen ermittelt wird, die erforderlich sind, um Reibungs- und Strömungsverluste in der Leitung oder den Leitungen zwischen Pumpe und Behälter oder Behältern zu erbringen.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that in a heavily affected environment on different Containers located in height additionally Pressure difference between the pressure in the tank and the Pressure determined directly at the pump and from that the for the respective amount of funding to be provided or out this resulting work together with the work shares is determined, which are required to friction and Flow losses in the line or the lines between Provide pump and container or containers.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich in einer nicht schwerebehafteten Umgebung befindenden Behältern ergänzend die Arbeitsanteile ermittelt werden, die Reibungs- und Strömungsverlusten, insbesondere in den Leitungen entsprechen.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized, that in a non-heavy environment Containers also determined the work shares the friction and flow losses, in particular in the lines.

10. Vorrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsinhaltes eines ein festes Volumen aufweisenden Behälters nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Verringerung oder Vergrößerung des im Behälter (1) vorhandenen Gasraumes (3) sowie eine Anordnung (7) zur Messung der dazu aufgewendeten oder angefallenen Arbeit vorgesehen sind, und daß mit dem Behälter (1) insbesondere gasraumseitig ein Druckmesser (4) verbunden ist.10. Device for determining the liquid content of a container having a fixed volume according to one or more of the preceding claims, characterized in that a device for reducing or enlarging the gas space ( 3 ) present in the container ( 1 ) and an arrangement ( 7 ) for measurement the work expended or incurred is provided, and that a pressure meter ( 4 ) is connected to the container ( 1 ), in particular on the gas space side.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verringerung oder Vergrößerung des im Behälter (1) vorhandenen Gasraumes (3) aus einer Pumpe (5) besteht, die einerseits mit einem Flüssigkeits vorratsbehälter (6), der einen vorgebbaren oder durch Messung erfaßbaren Druck aufweist, und andererseits über eine Leitung (8) mit dem Flüssigkeitsraum (2) des Behälters (1) verbunden ist, und daß der Pumpe (5) ein elektrisches Leistungsmeßgerät (7) zugeordnet ist.11. The device according to claim 10, characterized in that the device for reducing or enlarging the existing in the container ( 1 ) gas space ( 3 ) consists of a pump ( 5 ), on the one hand with a liquid reservoir ( 6 ) having a predetermined or has pressure detectable by measurement, and on the other hand is connected via a line ( 8 ) to the liquid space ( 2 ) of the container ( 1 ), and that the pump ( 5 ) is associated with an electrical power meter ( 7 ).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasraum (3) ein aus Sender (9) und Empfänger (10) bestehendes Schallgeschwindigkeits-Meßgerät zugeordnet ist.12. The apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the gas space ( 3 ) is associated with a transmitter ( 9 ) and receiver ( 10 ) existing speed of sound measuring device.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (9) und Empfänger (10) außenraumseitig am Behälter (1) angebracht sind.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the transmitter ( 9 ) and receiver ( 10 ) on the outside on the container ( 1 ) are attached.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Druckmesser (11, 12) unmittelbar am Förderausgang der Pumpe (5) und am Ort der Einmündung der Förderleitung (8) in den Behälter (1) vorgesehen sind.14. Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that further pressure gauges ( 11 , 12 ) are provided directly at the delivery outlet of the pump ( 5 ) and at the location of the confluence of the delivery line ( 8 ) in the container ( 1 ).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verringerung oder Vergrößerung des im Behälter (1) vorhandenen Gasraumes (3) aus einem mittels einer Druckquelle (13) veränderbaren, innerhalb des Gasraumes (3) angeordneten und von diesem getrennten Volumen (14) besteht.15. Device according to one of claims 10 to 14, characterized in that the device for reducing or enlarging the gas space ( 3 ) present in the container ( 1 ) from a variable by means of a pressure source ( 13 ), arranged within the gas space ( 3 ) and of this separate volume ( 14 ).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verringerung oder Vergrößerung des im Behälter (1) vorhandenen Gasraumes (3) aus einer dem Gasraum (3) zugeordneten Abtrennvorrichtung (15) be steht, die auf ihrer vom Gasraum (3) abgewandten Seite mit einer Absaugvorrichtung (16) verbunden ist.16. Device according to one of claims 10 to 14, characterized in that the means for reduction or enlargement of existing in the container (1) the gas chamber (3) from a gas space (3) associated with the separating device (15) be available, which on its side facing away from the gas space ( 3 ) is connected to a suction device ( 16 ).

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, bei der zwei über eine Leitung (8, 8′) mit in diese Leitung eingeschalteter Pumpe (5) miteinander verbundene Behälter (1, 1′) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der reversiblen Pumpe (5) jeweils einander in der Anordnung und Ausführung entsprechenden Meßgeräte (4, 4′; 9, 10, 9′, 10′; 11, 11′; 12, 12′) vorgesehen sind.17. The device according to one or more of claims 10 to 16, in which two via a line ( 8 , 8 ' ) connected to this line pump ( 5 ) interconnected containers ( 1 , 1' ) are provided, characterized in that on both sides of the reversible pump ( 5 ) each in the arrangement and design corresponding measuring devices ( 4 , 4 ' ; 9 , 10 , 9' , 10 ' ; 11 , 11' ; 12 , 12 ' ) are provided.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmesser (4) jeweils in einem Behälterdeckel angeordnet sind.18. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pressure gauges ( 4 ) are each arranged in a container lid.