Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Gasvolumens in einem teilsweise mit Flüssigkeit und im übrigen mit Gas gefüllten Behälter.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des Gasvolumens in einem teilweise mit Flüssigkeit und im übrigen mit Gas gefüllten Behälter.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterschied zwischen dem Gasdruck im Behälter und dem Druck hinter einer am Behälter vorgesehenen Druekausgleiehsleitung erzeugt wird und dass man diesen Druckunterschied über die Druckausgleichsleitung einen Ausgleichstrom erzeugen lässt und ein Manometer verwendet.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführug des Verfahrens kennzeichnet sieh durch eine Druckquelle zur Erzeugung eines Unterschiedes zwischen dem Gasdruck im Behälter und dem Druck hinter der Druckausgleichsleitung und durch einen Zeitmesser und ein Manometer zur Beobachtung des sich über die Druckausgleichsiei- tung vermindernden Druckunterschiedes.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung, an Hand deren auch Durchführungsbeispiele des er findungsgemässen Verfahrens erläutert sind.
Es ist:
Fig. 1 eine Ausführungsform mit ge schlos senem Behälter,
Fig. 2 eine Ausführungsform mit einem mit der Atmosphälre in Verbindung stehenden Behälter,
Fig. 3 eine Ausführungsform mit selbsttätiger : ompensation der Einwirkung der Luftdruck- und Temperat-urschwankungen und
Fig. 4 eine Einrichtung für Flugzeuge, an Hand deren ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens erläutert wird.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Behälter bezeich- net, der teilweise mit einer Flüssigkeit 2 und im übrigen mit einem Gas 3 gefüllt ist.
Am obern Teil des Behälters 1 befindet sich eine Einfüllöffnung 4, die durch einen Dekkel abgeschlossen ist. Die Einrichtung umfasst weiterhin ein ganz mit Gas gefülltes Hilfsgefäss 5, einen Zeitmesser 6 und ein Differentialmanometer 7, das durch eine Leitung 8 mit dem Behälter 1 und eine Leitung 9 mit dem Hilfsgefäss 5 in Verbindung steht. Der Behälter 1 und das llilfsgefäss 5 sind durch eine Druckausgleichsleitung 10 miteinander verbunden, in der sich ein Absperrventil 11 und ein Nadelventil 12 zur Regelung und damit zur gewünschten Einstellung des Strömungswiderstandes befinden.
Schliesslich gehört zu der Einrichtung noch eine nicht dargestellte, als Saug-oder Druckpumpe arbeitende Luftpumpe, die über eine Leitung 13 und von dieser abgehende Zweigleitungen 14, 16 mit Absperrventilen 15, 17 an den Behälter 1 und das Hilfsgefäss 5 angeschlossen ist.
Zur Bestimmung des Flüssigkeitsvolumens im Behälter 1 bestimmt man zuerst das Gasvolumen, indem man folgendermassen vorgeht:
Man öffnet eines der Ventile 15, 17 und lässt die Luftpumpe arbeiten, bis man durch Beobachtung des Differentialmanometers 7 findet, dass eine hestimmte Druckdifferenz zwischen dem Behälter 1 und dem Hilfsgefäss 5 erreicht ist. Darauf schliesst man das geöffnete Ventil und öffnet statt dessen das Absperrventil 11 in der Leitung 10, deren Nadelventil 12 auf einen geeigneten Durchströmquerschnitt eingestellt ist. Die Druckdifferenz beginnt sich auszugleichen, und mit Hilfe des Zeitmessers 6 wird die Zeit bestimmt, die vergeht, bis die Druckdifferenz auf einen vorher bestimmten Wert abgesunken ist.
Diese Zeit hängt bei unveränderter Durchströmöffnung des Nadelventils 12 eindeutig vom Gasvolumen im Behälter 1 in einer Weise ab, die sich leicht aus den bekannten Gasgesetzen der Thermodynamik ableiten lässt. Infolgedessen könnte bei dieser Art der Gasvolumenbestimmung der Zeitmesser 6 unmittelbar in Volumeneinheiten gradiert und weiterhin so angeordnet sein, dass er mittels des Manometers 7 selbsttätig in Gang gesetzt wird, wenn dessen Zeiger einen obern Druekdifferenzwert durehläuft, und stehen bleibt, wenn der untere, vorher gewählte Druckdifferenzwert vom Manometerzeiger durchlaufen wird.
Die Volumenbestimmung kann jedoch auch so erfolgen, dass man den Druckausgleich durch die Leitung während einer gewissen, vorher gewählten Zeitdauer nach dem Zeitpunkt, in dem die Druckdifferenz einen Anfangswert aufweist, fortdauern lässt. In diesem Fall wird am Manometer 7 die Druckdifferenz abgelesen, die am Schluss des gewählten Zeitintervalles vorhanden ist.
Diese Druekdifferenz hängt hierbei eindeutig vom Gasvolumen im Behälter 1 ab und gestattet dessen Bestimmung. Bei dieser Art der Gasvolumenbestimmung kann das Differentialmanometer 7 mithin unmittelbar in Volumeneinheiten gradiert sein.
In vielen Fällen steht das Gas im Behälter 1 in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre. So ist dies beispielsweise beim Brennstoffbehälter eines Flugzeuges oder Motorfahrzeuges der Fall. Wenn die Verbindung mit der Atmosphäre in diesem Fall einen im Verhältnis zum Nadelventil 12 grossen Widerstand hat, kann die Ausführungsform gemäss Fig. 1 auch hier angewendet werden. Zweckmässiger ist es in des sen, die Ausführungsform nach Fig. 2 zu benutzen, bei der das Hilfsgefäss 5 der Fig. 1 durch die freie Atmosphäre ersetzt ist.
In dieser Figur bezeichnet wiederum 1 den teilweise mit einer Flüssigkeit 2 und im übrigen mit einem Gas 3 gefüllten Behälter, der mit der umgebenden Luft durch eine Ausgleichsleitung 18 in Verbindung steht.
Der Durchströmwiderstand in dieser Leitung, die aus einem Xapillarrohr bestehen kann, ist mittels des regelbaren Nadelventils 19 einstellbar. Die Vorrichtung umfasst weiter den Zeitmesser 6 und ein gewöhnliches Manometer 20, das mit dem Behälter 1 durch eine Leitung 21 verbunden ist und eventuelle Differenzen zwischen dem Druck im Behälter 1 und dem Luftdruck angibt.
Schliesslich steht der Behälter 1 mit einer Saug-oder Druckpumpe über eine Leitung 22 die ein Absperrventil 23 besitzt, in Verbindung.
Zur Messung des Flüssigkeitsvolumens im Behälter 1 öffnet man zuerst das normalerweise geschlossene Ventil 23 und lässt die Pumpe arbeiten, bis ein bestimmter Unter schied zwischen dem Druck im Behälter 1 und dem vorhandenen Luftdruck am Manometer 20 abgelesen werden kann. Darauf wird das Ventil 23 geschlossen, und der Druckausgleich beginnt infolge der Strömung durch die Leitung 18. Ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 können zwei Methoden zur Volumenbestimmung angewendet werden. Entweder kann man die Zeit bestimmen, während der der Druckunterschied um ein bestimmtes Mass abge- nommen hat, oder auch den Wert, auf den der Druckunterschied von einem gewissen Ausgangswert während einer bestimmten Zeit gesunken ist.
Auch hier kann der Zeitmesser bezw. das Manometer in Volumeneinheiten gradiert werden, und auch hier lassen sich die beiden Instrumente ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 1 automatisieren.
Für die beiden Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 gilt, dass die beobachtete Zeit für eine gewisse Abnahme der Druckdifferenz während einer bestimmten Zeit von der vorhandenen Temperatur abhängt. Steht der Behälter 1 in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre, so hängen diese beobachteten Werte ausserdem auch von dem vorhandenen Luftdruck ab. Infolgedessen müssen die erhaltenen Werte mit Rücksicht auf die Temperatur und gegebenenfalls auch den Luftdruck korrigiert werden. Dieser Nachteil kann jedoch durch besondere Kompen- sationsmassnahmen beseitigt werden. Beispielsweise kann der Widerstand in der Ausgleichsleitung 10 bezw. 18 in Abhän gigkeit von Druck und Temperatur gebracht werden, oder man kann den Enddruck bezw. die Messzeit bei verschiedenem Druck und verschiedener Temperatur verschieden wählen.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, bei der die Kom- pensation der Luftdruck- und Temperaturschwankungen nicht vom Beobachter vorgenommen zu werden braucht und die dadurch einen besonderen Vorteil im Vergleich zu den beiden andern Anordnungen bietet. Zur Zeitbestimmung wird hier nicht ein als Zeitmessuhr ausgebildeter Zeitmesser, sondern ein Zeitmesser benutzt, für den das B ! Mano- meter als Anzeigeinstrument dient, und mit dessen Hilfe ein Resultat erreicht wird, das von dem herrschenden Luftdruck und der Temperatur unabhängig ist, indem die durch diese Zustandsgrössen hervorgerufenen Ver änderungen im Resultat kompensiert sind.
Bei der Ausführungsform naeh Fig. 3 ist der Behälter 1 mit einer Druckausgleichsleitung 24 versehen, die das Innere des Behälters 1 mit der freien Luft verbindet. Zu der Vorrichtung gehört ein gasgefülltes Hilfsgefäss 25 mit Manometer 26, das durch eine Leitung 27 mit dem Hilfsgefäss in Verbindung steht und den Gasdruck in diesem, d. h. die Druckdifferenz zwischen dem Ge fässinneru und der Atmosphäre, anzeigt, und eine zweite Ausgleichsleitung 28, mittels welcher das Hilfsgefäss 25 mit der freien Luft in Verbindung gebracht werden kann, und die ein regelbares Nadelventil 29, sowie ein Absperrventil 30 enthält.
DasAbsperrventil 30 ist mit einem druckgesteuerten Membranorgan 31 gekuppelt, das durch eine Leitung 32 mit dem Behälter 1 in Verbindung steht und durch den Unterschied zwischen dem Gasdruck im Behälter 1 und dem Luftdruck beeinflusst wird. Die : Supp- lung ist so ausgeführt, dass das Ventil 30 nur offen gehalten wird, wenn dieser Druckunterschied einen bestimmten Wert übersteigt. Eine Druck- oder Saugleitung 33 einer nicht dargestellten Luftpumpe kann durch ein Ventil 34 und Leitungen 35, 36 mit dem Behälter 1 und dem HilfsgefäB 25 in Verbindung gebracht oder von diesen ab gesperrt werden, wobei in letzterem Falle auch der Behälter und das llilfsgefäss voneinander abgesperrt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird die Volumenbestimmung grundsätzlich durch Beobachtung der Zeit durchgeführt, die bis zum Zustandekommen einer bestimmten Druckdifferenz vergeht. Man geht fol gendermassen vor:
Man öffnet das Ventil 34 und lässt die Pumpe so lange arbeiten, bis ein bestimmter Uber- oder Unterdruck im Hilfsgefäss 25 herrscht. Hierbei soll die Pumpenkapazität im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitungen 24 und 28 gross sein, so dass der resultierende tiber- bezw.
Unterdruck im Rilfsgefäss 25 und im Behälter 1 gleich gross werden kann. Ist der gewünschte Druck erreicht, der durch das Manometer 26 kontrolliert wird, so wird das Ventil 34 geschlossen, worauf die Differenz zwischen dem Druck in dem Behälter 1 und dem Gefäss 25 und dem Luftdruck sich auszugleichen beginnt.
Wenn die Druckdifferenz zwischen dem Behälter 1 und dem Luftdruck auf den vorher bestimmten Wert herabgesunken ist. schliesst das Membranorgan 31 das Ventil 30 so dass die Druckdifferenz zwischen dem Innern des Gefässes 25 und der umgebenden Luft sich nicht weiter vermindern kann. Dese so erreichte letzt erw ihnte Druckdifferenz wird am Manometer 26 abgelesen und hängt gemäss den bekannten Gasgesetzen eindeutig vom Gasvolumen im Behälter 1 ab; sie ist nämlich ein Mass für die Zeit, die verstreicht, um die Druckdifferenz zwischen dem Behälter 1 und dem Luftdruck auf den Wert zu senken, bei dem das Membranorgan 31 das Ventil 30 schliesst und diese Zeit hängt unter den gewählten Vorauesetzungen unmittelbar vom Gasvolumen im Behälter 1 ab.
Da weiterhin die Ausgleichsleitungen 24 und 28 gleiche Strömungscharakteristik, d. h. untereinander gleichen Zusammenhang zwischen Druckdifferenz und in der Zeiteinheit durchströmender Gasmenge aufweisen, wird das Messergebnis von dem vorhandenen Luftdruck und der vorhandenen Temperatur unabhängig. Hierbei ist es gleichgültig, ob die Ausgleiehsleitungen 24, 28 aus Kapillarrohren gebildet sind oder aus dickeren Rohren bestehen und der Strömungswiderstand im wesentlichen in einer kleinen Gasausströmöffnung eines Drosselventils oder dergleichen liegt.
Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausführungsform das Manometer 26 in Volumeneinheiten gradiert sein.
In Fig. 4 ist schliesslich eine besonders für die Tankmessung eines Flugzeuges geeignete Ausführungsform dargestellt. Mit 37 ist das Profil eines Flugzeugflugels bezeich- net, in dem ein Brennstofftank 38, ein Rilfsgefäss 39 und eine statischeDruckkammer 40 eingebaut Bind. Der Behälter 38 und das Hilfsgefäss 39 sollen nahe aneinanderliegen, um die gleiche Temperatur aufzuweisen. Die Druckkammer 40 steht mit der umgebenden Atmosphäre durch eine statische Drucköffnung 41 in Verbindung, die so angeordnet ist, dass die Kammer 40 unter dem Druck der umgebenden Atmosphäre unabhängig von der Flugzeugbewegung steht.
Der Brennstofftank 38 und das Hilfsgefäss 39 sind als Ausgleichsgefässe mit den Manometern 42 und 43 in der sogenannten Variometeranordnung, durch die unter anderem die Messung der Druckänderungsgeschwindigkeit möglich ist, ausgebildet. Zu diesem Zweck sind die Manometer 42, 43 durch das Rohrsystem 44 mit der Druckkammer 40 verbunden, der Brennstofftank 38 steht durch das Rohr 45 mit dem Manometer 42 und durch die Druckauegleichsleitung 46 mit der Druckkammer 40, das Hilfsgefäss 39 durch das Rohr 47 mit dem Manometer 43 und durch die Ausgleichsleitung 48 mit der Druckkammer 40 in Verbindung.
Die Ausgleichsleitung 48 besitzt ein regelbares Nadelventil 49, mit dessen Hilfe der Sturz mungswiderstand in dieser Leitung auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann.
Die beiden Manometer 42, 43, die am Instrumentenbrett des Flugzeuges angebracht sind, können gegebenenfalls zu einem Instrument zusammengebaut sein.
Die Bestimmung des Gasvolumens und damit des Brennstoffvolumens des Brennstofftanks erfolgt bei dieser Anordnung auf folgende Weise: Man lässt das Flugzeug ruhig steigen oder fallen, so dass das Manometer 43 oder 4- einen bestimmten Ausschlag aufweist, der eine konstante Drueksteigerung bezw. einen konstanten Druekabfall angibt. Der Ausschlag des andern Manometers hängt dann eindeutig vom Gasvolumen des Brennstofftanks 38 ab, und dasselbe kann infolgedessen unmittelbar in Volumeneinheiten gradiert werden.
Da die Ausgleichsleitungen 46 und 48 die gleiehe Strömungscharnkteristik haben, wird das Messresultat vom statischen Druck und der Temperatur der Luft unabhängig. Der Beobachter braucht daher keine Korrektur der abgelesenenWerte vorzunehmen.
Bei dieser Ausführungsform ist für eine genaue Messung erforderlich, dass die Ausgleichsströmungen ausreichend lange Zeit andauern, damit ein Beharrungszustand erreicht wird, bei dem eine weitere äussere Druckänderung eine weitere Änderung der Druckdifferenz zwischen dem Behälter 38 und dem Gefäss 39 nicht mit sich bringt.
Dureh geeignete Wahl des Empfindlichkeits- grades der Manometer und des Strömungswiderstandes in den Ausgleichsleitungen kann der Zeit, nach der dieser Zustand erreicht wird, ein für die Praxis geeigneter kleiner Wert gegeben werden.
Das Verfahren, die Volumenbestimmung durch Beobachtung der Druckdifferenz zwischen zwei Gefässen vorzunehmen, die sich bei konstanter, fortschreitender Druckände- rung unveränderlich einstellt, kann beispielsweise auch mit einer Anordnung durchgeführt werden, bei der die fortsehieitende Druckänderung mittels einer Pumpeneinrichtung hierfür geeigneter Art erzeugt wird. Die Messung kann dann unabhängig von der Steuerung des Flugzeuges erfolgen.
PATENTANSPRCHE:
I. Verfahren zur Bestimmung des Gas volumens in einem teilweise mit Flüssigkeit und im übrigen mit Gas gefüllten Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterschied zwischen dem Gasdruck im Behälter und dem Druck hinter einer am Behälter vorgesehenen Druckausgleichsleitung erzeugt wird, und dass man diesen Druckunterschied über die Druekausgleichsleitung einen Aus gleichsstrom erzeugen lässt und ein Manometer verwendet.