DE3925067C2 - Verfahren zum Bestimmen des Volumens eines Hohlkörpers und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Volumens eines Hohlkörpers durch Entspannen eines ersten bekannten Fluid-Volumens mit vorgegebenem Druck in den Hohlkörper und Entspannen eines zweiten gleich großen Fluid-Volumens in ein Vergleichsvolumen, wobei als Anzeigegröße der Differenzdruck zwischen den beiden Fluid-Volumina dient, nachdem diese in den zu bestimmenden Hohlraum des Prüflings und in das Vergleichsvolumen eingeströmt sind und wobei die Anzeigegröße proportional ist zur Abweichung des Volumens des Prüflings von dem Vergleichsvolumen; vgl. DE 32 19 499 A1.

Hierzu wird unter entsprechender Anwendung der Boyle- Mariott′schen Gasgleichung P · V = const., wobei P der Druck eines Volumens und V die Größe dieses Volumens bedeuten, nach Überströmen des unter bekannten Überdruck P1 eingeschlossenen Mediums in den zu bestimmenden Hohlraum V2 bis zum Druckausgleich, unter Vermittlung des sich dabei einstellenden Druckes P2, das gewünschte Volumen V2 gemäß der Formel

bestimmt; vgl. DE 33 20 793 A1.

Da solche Verfahren infolge der Temperatur- und Druckabhängigkeit der Messung eines spezifischen Gasvolumens stark fehlerbehaftet sind, wird bei dem eingangs genannten Verfahren anstelle der Bestimmung der absoluten Größe des Volumens V2 lediglich die Bestimmung der Abweichung des unbekannten Volumens V2 in bezug auf das bekannte Volumen V1, also ein Differenzdruckverfahren zur Gegenüberstellung der Abbildungsgröße und der Vergleichsgröße benutzt.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, tritt bei solchen Verfahren eine weitere Schwierigkeit infolge der Tatsache auf, daß die zu bestimmenden Hohlräume nicht leckfrei sind. Durch das Wegdriften des Druckes infolge der Leckagen entstehen nämlich weitere Fehler und täuschen ein größeres Volumen als tatsächlich vorhanden vor. Beispielsweise sind solche Leckstellen die Ventile eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, dessen Kompressionsvolumen zu bestimmen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart weiterzubilden, daß Fehlereinflüsse auf die Volumenbestimmung eines Prüflings, die durch vorhandene Leckagen verursacht werden, weitestgehend kompensiert werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwecks Berücksichtigung von Leckagen im Hohlraum des Prüflings der Druckabfall des dem Prüfling zugeordneten Fluid-Volumens nach der Überführung in den Hohlraum des Prüflings in einer vorgegebenen Zeit t2 bestimmt wird, die an die Zeit t1 für die Volumenbestimmung des Prüflings sich anschließt, und daß die dabei ermittelte, der Leckage des Prüflings proportionale Änderung des Differenzdruckes als Korrekturgröße für die der Volumenabweichung proportionale Anzeigengröße verwendet wird.

Zwecks Berücksichtigung solcher Leckagen im Hohlraum des Prüflings wird also nunmehr erfindungsgemäß der Druckabfall des dem Prüfling zugeordneten Fluid-Volumens nach der Überführung in den Hohlraum des Prüflings in einer vorgegebenen Zeit t2 bestimmt, die an die Zeit t1 für die Volumenbestimmung des Prüflings sich anschließt, wobei die dabei ermittelte, der Leckage des Prüflings proportionale Änderung des Differenzdruckes als Korrekturgröße für die der Volumenabweichung proportionale Anzeigegröße verwendet wird. Die Erfindung nutzt also die Erkenntnis, daß die für das angewendete Meßverfahren als Volumenvergrößerung wirkende Leckage in dem Zeitabschnitt bestimmbar ist, der unmittelbar nach dem Zeitabschnitt folgt, der für das Entspannen des Prüfvolumens in den zu bestimmenden Hohlraum benötigt wird, was sich empirisch leicht ermitteln läßt. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß sich die Größe dieser Leckage während der Meßzeit nicht ändert.

Die Erfindung ermöglicht also erstmals auch bei Hohlräumen mit einer Leckage unabhängig von dieser Leckage das Volumen während einer laufenden Messung z. B. in einer Fertigungsstraße genau zu bestimmen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwecks Bestimmung des Volumens von Prüflingen unterschiedlicher Volumina das als Vergleichsvolumen dienende bekannte Volumen entsprechend dem größten vorkommenden Volumen gewählt, wobei zur Volumenbestimmung des Prüflings dem Prüfling jeweils Zusatzvolumina solcher Größe zugeschaltet werden, daß für jeden Prüfvorgang etwa gleich große Volumina von Prüfling und Vergleichsvolumen vorhanden sind.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt gemäß der Erfindung eine Druckquelle, die über je ein von einem Steuergerät gesteuertes Füllventil mit einem Meß- und einem Referenzzweig verbunden ist, denen jeweils ein gleich großes Referenzvolumen (Referenzdruckbehälter) in einem dazugehörigen Referenzdruckbehälter zugeordnet ist und die über ebenfalls von dem Steuergerät gesteuerte Trennventile zu dem Prüfling und dem Vergleichsvolumen führen und mit den Eingängen eines Meß- und Referenzzweig verknüpfenden Differenzdruck- Meßumformers verbunden sind, wobei über die geöffneten Füllventile die Referenzdruckbehälter mit Überdruck gefüllt und nach Füllung die Füllventile geschlossen sowie die bisher geschlossenen Trennventile für einen Druckvergleich geöffnet werden, so daß der Differenzdruck-Meßumformer einen den augenblicklichen Druckverhältnissen in Meß- und Referenzzweig entsprechenden, von einem Meßwertanzeiger anzuzeigenden Meßwert liefert, und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenzdruck-Meßumformers über ein Rechen-Modul mit dem Eingang des Meßwertanzeigers verbunden ist, wobei das Rechen-Modul derart ausgelegt ist, daß es innerhalb einer Zeit t1 den der Volumenabweichung des Prüflings vom Vergleichsvolumen proportionalen Meßwert und innerhalb einer daran sich anschließenden Zeit t2 den einer Leckage des Prüflings proportionalen Meßwert bestimmt und diese Meßwerte derart miteinander verknüpft, daß der dem Meßwertanzeiger gelieferte korrigierte Meßwert der tatsächlichen Volumenabweichung des Prüflings vom Vergleichsvolumen proportional ist.

Die Anordnung ist also so getroffen, daß zwecks Berücksichtigung von Leckagen im Hohlraum des Prüflings ein Programmablauf vorgesehen ist, wozu der Ausgang des Differenzdruck-Meßumformers über das Rechen-Modul mit dem Meßwertanzeiger verbunden ist, um den Druckabfall des dem Prüfling zugeordneten Fluid-Volumens nach der Überführung in den Hohlraum des Prüflings in einer vorgegebenen Zeit t2 bestimmen zu können, die an die Zeit t1 für die Volumenbestimmung des Prüflings sich anschließt und um die dabei ermittelte, der Leckage des Prüflings proportionale Änderung des Differenzdruckes zur Korrektur der der Volumenabweichung proportionalen Anzeigegröße zu verwenden. Hierzu werden der während der Zeit t1 ermittelte Meßwert und der während der Zeit t2 ermittelte Meßwert im Rechen-Modul abgespeichert und miteinander zwecks korrigierter Anzeige der jeweiligen Abweichung des Volumens des Prüflings vom Volumen des Referenzvolumens verknüpft.

Der Differenzdruck-Meßumformer wird hierbei auf einen Meßbereich eingestellt, der sich nach dem größten auftretenden Differenzvolumen zwischen Vergleichsvolumen und Prüfling richtet, so daß mit einem Meßwertanzeiger, dessen Skala auf ΔV geeicht ist, die jeweilige Abweichung des Volumens des Prüflings gegenüber dem Differenzvolumen angezeigt wird. Ferner kann über einstellbare Grenzkontakte der jeweils zulässige Bereich einer Abweichung des jeweils vorgegebenen Volumens eingestellt werden. Es ist vorteilhaft, wenn der Abgleich des Meßbereiches der Anordnung über den Fülldruckregler für das Auffüllen der Referenzdruckbehälter erfolgt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Anordnung zur Volumenbestimmung eines Prüflings gemäß dem Stande der Technik und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Ausbildung der Anordnung nach Fig. 1 zur Bestimmung des Volumens eines mit einer Leckage behafteten Prüflings.

Ein von einer Druckquelle DQ geliefertes Druckmedium speist - wie die Fig. 1 und 2 zeigen - über einen Fülldruckregler FR einen Meßzweig MZ und einen Referenzzweig RZ einer allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Anordnung zur Bestimmung des Volumens eines Prüflings PR, und zwar unter Zuhilfenahme eines bekannten Vergleichsvolumens MT und unter Ausnutzung der Boyle-Mariotte′schen Gasgleichung P · V = const.

Hierzu sind Meß- und Referenzzweig identisch ausgebildet und mit je einem über Füllventile Q1 und Q2 an die Druckquelle DQ anschließbaren Referenzdruckbehälter DB1 bzw. DB2 mit identischen Volumen V1 und V2 und mit je einem Trennventil Q3 bzw. Q4 versehen. Für die gewünschte Betätigung der Ventile Q1 bis Q4 ist ein Steuergerät St vorgesehen. Ferner ist ein einstellbarer, als ΔP-Meßumformer arbeitender Differenz­ druckmesser B1 vorgesehen, dessen Eingang E1 mit dem Meßzweig und dessen Eingang E2 mit dem Referenzzweig verbunden ist. Sein Ausgang A führt zu einem Meßwertmanometer P4 als Anzeigegerät.

Die Einstellung des Differenzdruckmessers erfolgt auf einem Meßbereich, der entsprechend dem maximalen Differenzvolumen V zwischen dem Vergleichsvolumen und dem Volumen des Prüflings zu wählen ist.

Über Anschlußstellen A1 und A2 sind der Prüfling PR bzw. das Vergleichsvolumen MT - ein sogenanntes Meisterteil - an den Meßzweig bzw. an den Referenzzweig angeschlossen. Das Anzeigegerät zeigt also eine durch den als ΔP-Meßumformer arbeitenden Differenzdruckmesser ermittelte Druckdifferenz zwischen den in beiden Zweigen jeweils herrschenden Druck an. Die Skala des Anzeigegerätes ist hierbei in ±ΔV geeicht. Das Anzeigegerät P4 weist ferner zu beiden Seiten des Skalenstriches "0" je einen einstellbaren Grenzkontakt k1 und k2 auf, über die der jeweils zulässige Bereich einer Abweichung des jeweils zu bestimmenden Volumens von dem vorgegebenen Volumen eingestellt werden kann.

Der notwendige Abgleich des Differenzdruckmessers erfolgt am zweckmäßigsten über den Fülldruckregler FR. Selbstverständ­ lich kann dies auch über den Meßbereich des Differenzdruck­ messers geschehen.

Zum Bestimmen des Volumens des Prüflings ist in einem ersten Arbeitsvorgang die Anordnung mit Druckmedium zu füllen, was über die Druckquelle, den Fülldruckregler und die geöffneten Füllventile erfolgt, wobei das Druckmedium mit ca. 1 bar Überdruck in die Referenzdruckbehälter eingespeist wird. Infolge des konstanten Fülldruckes und der gleichen Volumen in Meß- und Referenzzweig zeigt der ebenfalls mit dem Fülldruck beaufschlagte ΔP-Meßumformer den Differenzdruck "Null" an; Meßzweig und Referenzzweig sind ausgeglichen. Für den Meßvorgang werden Meß- und Referenzkreis voneinander getrennt, was durch Schließen der Füllventile über des Steuergerät St erfolgt. Daran anschließend werden die Trennventile über das Steuergerät St geöffnet, so daß das Druckmedium aus dem Referenzdruckbehälter des Meßzweiges in den Prüfling und das Druckmedium aus dem Referenzdruckbehäl­ ter des Referenzzweiges in das Vergleichsvolumen entspannen können. Sind Vergleichsvolumen und Volumen des Prüflings gleich groß, so erfolgt infolge des fehlenden Differenz­ druckes am Anzeigegerät die Anzeige "Null". Bei unterschied­ lichen Volumen dagegen erfolgt eine der Größe der Abweichung des Volumens des Prüflings vom Vergleichsvolumen proporti­ onale Anzeige +ΔV bzw. -ΔV entsprechend der gewählten Auslegung und Eichung der Anordnung.

Die Schaltmittel für das Öffnen und Schließen von Füll- und Trennventilen sowie das Zu- und Abführen der Prüflinge sind hier, da nicht zur Erfindung gehörend, im einzelnen weder dargestellt noch beschrieben. Entsprechendes gilt für die Ausbildung des Anzeigegerätes, das selbstverständlich mit einem Drucker und/oder Signaleinrichtungen verbunden sein kann entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung weist gegenüber der in Fig. 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Anordnung zusätzlich ein Funktionsmo­ dul mit einem Rechen-Modul RM auf, das zwischen dem Ausgang des ΔP-Meßumformers B1 und dem Eingang des Anzeigegerätes P4 angeordnet ist. Ferner ist ein Wahlschalter WS vorgesehen, über den dem Prüfling PR einzelne Zusatzvolumina V1 bis Vn zuschaltbar sind. Mit Hilfe des Rechen-Moduls wird jeweils das durch Leckagen des Prüflings vorgetäuschte Volumen für die Anzeige der tatsächlichen Volumenabweichung eliminiert. Dies erfolgt in der Weise, daß nach dem Auslösen eines Meßvorganges während einer Zeit t1, die durch ein erstes Zeitglied t1 bestimmt ist, der bei der Bestimmung der Abweichung des Volumens des Prüflings vom Vergleichsvolumen ermittelte Meßwert gespeichert wird, und während einer Zeit t2, die durch ein zweites Zeitglied t2 bestimmt ist, der als Korrekturgröße dienende Meßwert, der dem infolge vorhandener Leckage des Prüflings auftretenden Druckabfall proportional ist, gespeichert wird; beide über den ΔP-Meßumformer festgestellten Meßwerte, die den sich einstellenden Differenzdrücken proportional sind, werden miteinander zu einem korrigierten Anzeigewert verknüpft, der auf dem Anzeigegerät P4 zur Anzeige gelangt und der der tatsächlichen Volumenabweichung proportional ist.

Mit Hilfe der Zusatzvolumina V1 bis Vn, die dem Prüfling über den Wahlschalter WS zuschaltbar sind, können Prüflinge unterschiedlichen Volumens in der Anordnung hinsichtlich ihres tatsächlichen Volumens bestimmt werden, wenn das Vergleichsvolumen - Meisterteil - so gewählt ist, daß es dem größten vorkommenden Volumen eines Prüflings entspricht. Für die Anwendung des vorstehend beschriebenen Differenzdruck- Meßverfahrens ist es nämlich erforderlich, daß jeweils gleich große Volumina beim Prüfling und beim Vergleichsvolumen vorhanden sind.

Claims (6)

1. Verfahren zum Bestimmen des Volumens eines Hohlkörpers durch Entspannen eines ersten bekannten Fluid-Volumens mit vorgegebenem Druck in den Hohlkörper und Entspannen eines zweiten gleich großen Fluid- Volumens in ein Vergleichsvolumen, wobei als Anzeigegröße der Differenzdruck zwischen den beiden Fluid-Volumina dient, nachdem diese in den zu bestimmenden Hohlraum des Prüflings und in das Vergleichsvolumen eingeströmt sind und wobei die Anzeigegröße proportional ist zur Abweichung des Volumens des Prüflings von dem Vergleichsvolumen, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Berücksichtigung von Leckagen im Hohlraum des Prüflings der Druckabfall des dem Prüfling zugeordneten Fluid-Volumens nach der Überführung in den Hohlraum des Prüflings in einer vorgegebenen Zeit t2 bestimmt wird, die an die Zeit t1 für die Volumenbestimmung des Prüflings sich anschließt, und daß die dabei ermittelte, der Leckage des Prüflings proportinale Änderung des Differenzdruckes als Korrekturgröße für die der Volumenabweichung proportionale Anzeigegröße verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Bestimmung des Volumens von Prüflingen unterschiedlicher Volumina das als Vergleichsvolumen dienende bekannte Volumen entsprechend dem größten vorkommenden Volumen gewählt ist, und daß zur Volumenbestimmung des Prüflings dem Prüfling jeweils Zusatzvolumina solcher Größe zugeschaltet werden, daß für jeden Prüfvorgang etwa gleich große Volumina von Prüfling und Vergleichsvolumen vorhanden sind.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Druckquelle, die über je ein von einem Steuergerät gesteuertes Füllventil mit einem Meß- und einem Referenzzweig verbunden ist, denen jeweils ein gleich großes Referenzvolumen in einem dazugehörigen Referenzdruckbehälter zugeordnet ist und die über ebenfalls von dem Steuergerät gesteuerte Trennventile zu dem Prüfling und dem Vergleichsvolumen führen und mit den Eingängen eines Meß- und Referenzzweig verknüpfenden Differenzdruck-Meßumformers verbunden sind, wobei über die geöffneten Füllventile die Referenzdruckbehälter mit Überdruck gefüllt und nach Füllung die Füllventile geschlossen sowie die bisher geschlossenen Trennventile für einen Druckvergleich geöffnet werden, so daß der Differenzdruck-Meßumformer einen den augenblicklichen Druckverhältnissen in Meß- und Referenzzweig entsprechenden, von einem Meßwertanzeiger anzuzeigenden Meßwert liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (A) des Differenzdruck- Meßumformers (B1) über ein Rechen-Modul (RM) mit dem Eingang des Meßwertanzeigers (P4) verbunden ist, wobei das Rechen-Modul derart ausgelegt ist, daß es innerhalb einer Zeit t1 den der Volumenabweichung des Prüflings (PR) vom Vergleichsvolumen proportionalen Meßwert und innerhalb einer daran sich anschließenden Zeit t2 den einer Leckage des Prüflings (PR) proportionalen Meßwert bestimmt und diese Meßwerte derart miteinander verknüpft, daß der dem Meßwertanzeiger gelieferte korrigierte Meßwert der tatsächlichen Volumenabweichung des Prüflings vom Vergleichsvolumen (DB1) proportional ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Prüfling (PR) über einen Wahlschalter (WS) Zusatzvolumina (V1-Vn) zuschaltbar sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldruck über einen einstellbaren Druckregler (FR) dem Meß- und Referenzzweig (MZ, RZ) zugeführt ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunkt des Meßwertanzeigers (P4) in der Mitte seiner Anzeigeskala liegt und daß beidseitig zum Nullpunkt (0) des Meßwertanzeigers (P4) einstellbare Grenzkontakte (k1, k2) angeordnet sind.