WO1998023951A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von stoffkennwerten von flüssigkeiten - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining material properties of liquids.
  • the invention has for its object to describe a method and an apparatus that are required for wide areas of industrial use of liquids
  • Measurements and monitoring measures can be used to ensure the quality assurance and control required in industrial production and processing.
  • Fig. 1 is a block diagram of a measuring device for performing the method and is connected;
  • the system Fig. 1 consists essentially of an ultrasound probe 3, which is used in a container 1 for the liquid to be monitored, and a monitoring device 2, which is set up at a suitable distance and contains an electronic evaluation circuit with the necessary power supply.
  • the container can be a transport container or a tank truck, or a storage container of a stationary type as a link in a production or storage system. It is also conceivable that several containers are provided, each equipped with an ultrasound probe 3 and connected to the evaluation circuit.
  • the ultrasound probe 3 (FIG. 2) arranged in the container consists of a sound guide tube 9 which is connected to a connecting flange e.g. is attached to the cover of the container 1 and ensures with openings in the jacket that the liquid in the sound guide tube 9 assumes the same level as in the container.
  • the length of the sound guide tube 9 is dimensioned such that its lower end is at a short distance from the container bottom 13.
  • Ultrasonic sensors 5; 7 each have an ultrasound transmitter and an ultrasound receiver and enable an accurate height and distance measurement from the transit time of the sound pulse or the echo.
  • ultrasound sensors of the working principle can also be provided that the transmitter automatically switches to reception after the pulse has been emitted
  • the sound guide tube 9 is equipped with several reference marks 11 and thereby enables the speed of sound between the first ultrasonic sensor 5 and the To measure reference marks 11 and the sound wave resistance and to calculate the density of the liquid in the evaluation circuit of the monitoring device 2 from the measured values.
  • a temperature sensor 15 is additionally provided in the lower region of the sound guide tube 9.
  • the special tank curve is determined once, which indicates the filling volume as a function of the height of the liquid level and is available in the memory of the monitoring device.
  • Standard material properties of the liquids to be monitored in each case are available so that from the measured values determined, in particular the density, to specific properties, such as concentration, e.g. of fat, sugar, water content or the like, impurities or faults can be quickly recognized in this way.
  • concentration e.g. of fat, sugar, water content or the like
  • impurities or faults can be quickly recognized in this way.
  • energy parameters e.g. Octane number, calorific values are checked or monitored.
  • the continuous monitoring of the liquid level also allows a precise control of the consumption or access of liquid quantities as well as a quick determination of leaks or malfunctions.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Messverfahren und ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung z.B. zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten, die in Behältern oder Tankfahrzeugen bereitgestellt oder geliefert werden mittels Ultraschall. Eine in den Behälter eingesetzte Ultraschallsonde (3) besteht aus einem Schallführungsrohr (9), in dem am unteren Ende ein erster Ultraschallsensor (5) zur Messung der Füllhöhe und ein zweiter Ultraschallsensor (7) zur Messung des Abstandes zum Behälterboden (13) angeordnet sind. Aus beiden Messwerten errechnet sich die effektive Füllhöhe und mittels der Tankkurve das Volumen der Füllmenge. Aus den bekannten Werten der Dichte eines Stoffes und den Abweichungen unter Berücksichtigung der jeweils vorhandenen Temperatur werden spezielle chemische oder technische Kennwerte (z.B. Konzentration, Vermischungen, Verdünnungen, Fettgehalt o. ä) bestimmt.

Description

Verfahren und Vomchtung zur Bestimmung von Stoffkennwerten von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffkennwerten von Flüssigkeiten.
In der Industrie und Wirtschaft ist der Einsatz von Flüssigkeiten in vielfältiger stofflicher Zusammensetzung und Konzentration gang und gäbe und muß dabei im allgemeinen ständig überwacht werden. Hierzu werden zu den jeweils vorliegenden Bedingungen besonders angepaßte Meß- und Überwachungseinrichtungen bereitgestellt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu beschreiben, das für weite Bereiche des industriellen Einsatzes von Flüssigkeiten für die erforderlichen
Messungen und Überwachungsmaßnahmen einsetzbar ist, um die in der industriellen Fertigung und Verarbeitung erforderliche Qualitätssicherung und -kontrolle zu gewährleisten.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Merkmale.
Das Wesen der Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. näher erläutert, die beispielhaft einige Ausführungsformen zeigen; dabei zeigen:
Fig. 1 Blockschaltbild einer Meßvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und verbunden ist;
Fig. 2 eine Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffkennwerten von Flüssig- keiten. Die Anlage Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer Ultraschallsonde 3, die in einem Behälter 1 für die zu überwachende Flüssigkeit eingesetzt ist, und aus einem in geeigneter Entfernung aufgestellten Überwachungsgerät 2, das eine elektronische Auswerteschaltung mit der notwendigen Stromversorgung enthält. Der Behälter kann ein Transportbehälter oder ein Tankwagen sein, bzw. ein Lagerbehälter stationärer Art als Glied einer Produktions- oder Lageranlage. Es ist auch denkbar, daß mehrere Behälter vorgesehen sind, die je mit einer Ultraschallsonde 3 ausgestattet sind und an der Auswerteschaltung angeschlossen sind.
Die im Behälter angeordnete Ultraschallsonde 3 (Fig. 2) besteht aus einem Schallführungsrohr 9, das mit einem Anschlußflansch z.B. am Verschlußdeckel des Behälters 1 befestigt ist und mit Öffnungen im Mantel sicherstellt, daß die Flüssigkeit im Schallführungsrohr 9 den gleichen Höhenstand wie im Behälter einnimmt. Die Länge des Schallführungsrohres 9 ist so bemessen, daß sein unteres Ende einen geringen Abstand vom Behälterboden 13 aufweist. Im unteren Bereich des Schallführungsrohres 9 sind zwei Ultraschallsensoren 5; 7 übereinander angeordnet, von denen der erste Sensor 5 nach oben zur Flüssigkeitsoberfläche und der zweite Sensor 7 eine Abstandsmessung nach unten zum Behälterboden 13 durchzuführen hat. Die
Ultraschallsensoren 5; 7 besitzen je einen Ultraschallsender und Ultraschallempfänger und ermöglichen aus der Laufzeit des Schallimpulses bzw. des Echos eine genaue Höhen- und Abstandsmessung. Es können natürlich auch Ultraschallsensoren des Arbeitsprinzipes vorgesehen sein, daß nach Impulsabgabe der Sender automatisch auf Empfang umgeschaltet die
Laufzeit zum Eintreffen des Echos feststellt. Das Schallführungsrohr 9 ist mit mehreren Referenzmarken 11 ausgestattet und ermöglicht dadurch, die Schallgeschwindigkeit zwischen dem ersten Ultraschallsensor 5 und den Referenzmarken 11 und den Schallwellenwiderstand zu messen und aus den gemessenen Werten die Dichte der Flüssigkeit in der Auswerteschaltung des Überwachungsgerätes 2 zu berechnen. Um den Einfluß der Temperatur bei der Berechnung der Dichte zu berücksichtigen, ist im unteren Bereich des Schallführungsrohres 9 zusätzlich ein Temperatursensor 15 vorgesehen.
Für die jeweils gewählte Gestalt und Form des Behälters 1 wird die spezielle Tankkurve einmal ermittelt, die das Füllvolumen in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsstandes angibt und im Speicher des Überwachungs- gerätes zur Verfügung steht. In gleicher Weise werden im Speicher auch die
Standard-Stoffkennwerte der jeweils zu überwachenden Flüssigkeiten bereitgehalten, so daß aus den ermittelten Meßwerten, insbesondere der Dichte auf spezielle Kennwerte, wie Konzentration z.B. von Fett, Zucker, Wassergehalt oder dergl., Verunreinigungen oder Störungen können auf diese Weise schnell erkannt werden. Bei Kraftstoffen, Benzin oder Ölen können energetische Kennwerte, z.B. Oktanzahl, Heizwerte kontrolliert oder überwacht werden.
Die laufende Überwachung des Flüssigkeitsstandes gestattet auch eine genaue Kontrolle des Verbrauches oder des Zugangs von Flüssigkeitsmengen sowie eine schnelle Ermittlung von Leckagen oder Störungen.
- Patentansprüche

Claims

4 -Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bestimmung von Stoffkennwerten von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine Dichte- und Volumenmessung mittels Ultraschall in Transport- oder Lagerbehältem durch Einsatz einer mit einer elektronischen Auswerteschaltung ausgestatteten Ultraschall- sonde.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Dichte und Volumenmessung eine Temperaturmessung vorgesehen wird, und daß durch die Auswerteschaltung unter Einbeziehung eventuell bereits bekannter stofflicher Merkmale der Flüssigkeit (z.B.
Milch, Flüssigkeitsextrakte, Benzin oder dergleichen) spezielle oder energetische Kennwerte (wie Fettgehalt, Konzentration, Oktanzahl oder dergleichen) ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallgeschwindigkeit in den Flüssigkeiten in der Ultraschallsonde (3) angeordneten Ultraschallsensor (5) und den Referenzmarken (11) und der Schallwellenwiderstand am Ultraschallsensor gemessen und die Elektronik des Überwachungsgerätes (2) aus den gemessenen Werten die Dichte der Flüssigkeit berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der für den jeweiligen Behälter (1) mittels der für den zugehörigen Höhenstand der Flüssigkeiten entsprechenden Füllmenge gegebenen Tankkurve Zu- und Abgänge der Flüssigkeiten abgefragt oder eingegeben werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallsonde (3) aus einem Schallführungsrohr (9) mit mindestens einem Ultraschallsensor (5) mit Ultraschallsender und Ultraschallempfänger besteht, wobei die Höhen- abmessungen des Schallführungsrohres (9) an die Höhenabmessungen des Behälters (1) angepaßt ist, und daß das mit Referenzmarken (11) versehene Schallführungsrohr (9) mit der Ultraschallsonde (3) an die Auswerteschaltung des Überwachungsgerätes (2) angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ultraschallsonde (3) einen zweiten Ultraschallsensor (7) mit einem zweiten' Ultraschallsender und zweiten Ultraschallempfänger aufweist, der den Abstand des unteren Endes des Schallführungsrohres (9) vom Behäiterboden (13) bestimmt.
7. Vomchtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Schallführungsrohres (9) ein Temperatursensor (15) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallsender mit ihren Ultraschallempfängem je ein Bauelement darstellen, das nach der Impulsgabe elektronisch auf Empfang umschaltet.
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