DK163685B - Fremgangsmaade og apparat til rumfangsmaaling - Google Patents

Description

i

DK 163685 B

Opfindelsen omhandler en fremgangsmåde til måling af rumfanget af en gas i en beholder samt et apparat til udøvelse af fremgangsmåden, hvilket apparat omfatter et rørformet hus, hvis ene ende er forbundet med en 5 åbning i beholderen, og i hvilket en reciprokerbar væg er elastisk ophængt, et aktiveringsorgan samt en trykmåler anbragt i beholderen.

Der kendes en fremgangsmåde til måling af rumfanget af en gas i en beholder ved anvendelsen af gasloven 10 for adiabatiske processer, hvilket kan udtrykkes ved ligningen po . Vo^ = (po +ΔΡ). (Vo -Δ\Ομ. For lukkede beholdere frembyder målingen intet problem, idet det er tilstrækkeligt at måle trykket i beholderen ved det søgte rumfang og derefter ændre beholderens rumfang 15 med en kendt størrelse, hvorefter trykket måles igen.

Imidlertid er mange beholdere ikke tætlukket, men ventileret, og for sådanne beholdere er målingen meget mere kompliceret. For at kunne anvende gaslovsprincippet skal trykket og rumfanget i beholderen ændres således, 20 at ventileringen ikke påvirker resultatet, men at der tilvejebringes en stabil dynamisk tilstand. Dette opnås ved at ændre rumfanget og trykket i beholderen med en frekvens, der er større end afskæringsfrekvensen for det af ventilationskanalen dannede lavpasfilter. 1 2 3 4 5 6

Fra beskrivelsen til U.S.A.-patent nr. 3 769 834 ken 2 des en fremgangsmåde til måling af rumfanget af et usam- 3 mentrykkeligt legeme indesluttet i en beholder ved at 4 ændre rumfanget af den legemet omgivende gas i beholde 5 ren med en frekvens mellem 1 og 100 Hz og måle den resul- 6 terende trykændring. Denne fremgangsmåde har mindst én større ulempe, nemlig at den kræver en trykmåler, der er følsom og nøjagtig inden for et stort trykvariationsområde. En sådan trykmåler er naturligvis meget kostbar og gør derfor hele måleapparatet kostbart.

DK 163685 B

2

Fra fransk patent nr. 2 412 825 kendes et apparat til måling af rumfanget uden noget kostbart trykmålingsorgan, hvilket apparat omfatter to beholdere, der er indbyrdes forbundne ved hjælp af en membran, og hvor 5 den ene beholder rummer den genstand, hvis rumfang skal måles, og den anden beholder er en referencebeholder, hvis rumfang kan varieres ved forskydning af et stempel. Under målingen varieres trykket lige meget i begge beholderne, og stemplet styres således, at begge 10 beholderne står under det samme tryk, og genstandens rumfang bestemmes ved stemplets forskydning. Dette apparat har en åbenlys ulempe, nemlig at referencebeholderen gør måleapparatet meget uhåndterligt og uanvendeligt for store beholdere.

15 De ovennævnte ulemper forefindes i alle konventionelle apparater af denne art, uanset om de er udformet på forskellige måder.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en fremgangsmåde til rumfangsmåling af den angivne art, hvor-20 med rumfanget af en gas i en ventileret beholder kan måles på simpel måde ved hjælp af et kompakt og økonomisk fremstilleligt apparat.

Dette opnås ved en fremgangsmåde af den angivne art, der er ejendommelig ved de i krav l's kendetegnende 25 del opregnede arbejdstrin.

Opfindelsen omhandler også et apparat til udøvelse af fremgangsmåden og af den i krav 3's indledning angivne art, hvilket apparat er ejendommeligt ved den i krav 3's kendetegnende del angivne udformning. 1

Det skal understreges, at man ved at kunne bestemme gasrumfanget i en beholder også kan bestemme rumfan-

DK 163685 B

3 get af en væske eller et usammentrykkeligt fast legeme i beholderen, når beholderens rumfang er kendt.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: 3 fig. 1 viser et apparat ifølge opfindelsen til varie- ring af en beholders rumfang, og fig. 2 er en skematisk afbildning af inddateringen af rumfangsmålingsdata i en datamat.

Apparatet på fig. 1 omfatter et rørformet hus 1 med 10 en ende la, som er forbundet med en åbning i en (ikke vist) beholder, hvis rumfang skal måles, og hvor beholderens periferiske væg har to eller flere åbninger 22.

I huset 1 er der glideforskydeligt monteret et stempel 2, hvis tværsnitsareal er lidt mindre end husets indven-13 dige tværsnitsareal, så at stemplet kan vandre frit i huset. Normalt kræves der ingen tætslutning mellem stemplet og huset, og den viste udførelsesform har heller ingen sådan tætslutning. Om ønsket kan der imidlertid indsættes en rullende membran eller lignende til at 20 yde den påkrævede tætlukningsvirkning.

Stemplet 2 er opdelt radialt i et indre parti 2a og et ydre parti 2b, adskilt af en cirkulær reces 4. Stemplet 2 er monteret i huset 1 ved hjælp af en fjeder 3, hvis ene ende 3a er fastgjort til det indre stempelparti 25 2a, og hvis anden ende 3b er fastgjort til ydersiden af et cirkulært fjederpåfæstningsstykke 5, der er forbundet med huset 1 og beliggende i højde med åbningen 22.

Fjederen 3 skal være således dimensioneret, at den kan virke som trykfjeder eller trækfjeder uden foldning, 30 dvs., at den skal have en temmelig stor diameter i for hold til længden.

DK 163685 B

4

En stempelstang 23 i form af et langstrakt aluminiumrør strækker sig gennem centret af stemplet 2 og i husets langsgående retning, hvilken stempelstang er fast forbundet med stemplet. Stempelstangen 23 tjener til at styre 5 stemplet 2 til at yde en løbepasning for stemplet i huset 1, og den strækker sig derfor gennem et øverste styreleje 6 ved fjederpåfæstningsstykket 5 og et nederste styreleje 7 ved beholderens åbning. Det nederste styreleje 7 er cirkulært og er monteret ved hjælp af et antal 10 eger 8, der strækker sig radialt fra lejet til huset.

Endvidere virker stempelstangen til at overføre aktiveringsenergi fra et elektromagnetisk aktiveringsorgan 9, der er monteret over det øverste styreleje 6 og fje-derpåfæstningsstykket 5.

15 Aktiveringsorganet 9 består af en spole 10, hvis vindinger ligger i husets vandrette plan, en jernkerne 11, der er monteret på den stempelstangsende, der vender mod spolen, og er forskydelig gennem et centralt hul 12 i spolen 10, samt en med spolen forbundet (ikke vist) 20 kreds. Til detektering af stemplets stilling i huset er der tilvejebragt to transorer 13 og 14 af konventionel art i afstand fra hinanden i stemplets vandringsretning.

Fig. 2 er en skematisk afbildning af det på fig. 1 viste apparat forbundet med en beholder 20, hvis rumfang skal 25 måles. Som vist er husets 2 transorer 13 og 14 forbundet med en datamat 15, såsom en mikrocomputer, til hvilken der også er forbundet en trykmåler 16, der er monteret i beholderen, og som i en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er et trykovervågningsorgan. 1

Apparatet ifølge opfindelsen anvendes på følgende måde:

Hvis rumfangsmålingen skal foretages i en ventileret beholder, skal rumfangsændringsfrekvensen være således, at ventileringen vil påvirke målingen så lidt som muligt.

DK 163685 B

5

Da en ventilering virker på samme måde som et lavpasfil-ter, skal rumfangsændringsfrekvensen være meget større end filterets afskæringsfrekvens, og dette kan opnås ved at vælge passende dimensioner for ventileringska-5 nalen.

Under den aktuelle måling sættes stemplet i bevægelse ved at sende en strømimpuls af en passende længde og amplitude gennem spolen, når stemplet befinder sig i sin øverste endestilling, hvilket tidspunkt bestemmes 10 i datamaten eksempelvis ved afledning fra oscillations signalet. Som resultat af dette aktiveringsprincip følger stemplet under dettes reciprokerende bevægelse i huset med stor nøjagtighed en sinusbølge, hvis oscillationsfrekvens er meget stabil. Stempelbevægelsens am-15 plitude forøges kontinuert, indtil beholderen er bragt op på et foreskrevet tryk, der afviger fra det oprindelige tryk po med en forud fastlagt størrelse Δρ/2, og trykovervågningsorganet reagerer. Når dette tryk er nået, måles det tidsrum, det tager stemplet for at 20 passere fra den ene til den ene til den anden af transo rerne 15 og 14, og datamaten 15 anvender denne tid til at beregne værdien fra top til top af sinusbølgen, dvs. afstanden mellem stemplets endestillinger. Da stemplets tværsnitsareal er kendt, kan den til den foreskrev-25 ne trykforskel Δρ svarende rumfangsændring &\l beregnes, og det søgte rumfang V kan således bestemmes ud fra den almindelige gaslov, der kan udtrykkes ved formlen: v _ AV.PO.", Δρ hvor Δν = volumenændringen ved den foreskrevne tryk-50 forskel APj po = det oprindelige tryk, og H= Cp/Cv, hvor

Cp og Cv = den specifikke varmekapacitet ved henholdsvis konstant tryk og konstant rumfang af gassen i beholderen.

Hvis man ønsker at bestemme rumfanget af en væske inde-

DK 163685 B

6 sluttet i beholderen, er V en måling af gassens rumfang over væsken, og væskens rumfang opnås ved at subtrahere V fra det totale beholderrumfang. Rumfanget af et i beholderen indesluttet usammentrykkeligt fast legeme 5 kan bestemmes på samme måde. For at eliminere virkningen af po.M, kan der foretages to på hinanden følgende målinger, idetÅV bestemmes for to forskellige beholder-rumfang. Beholderens rumfang kan ændres eksempelvis ved at ændre stemplets neutrale stilling.

10 Hvis man ikke anvender den ovennævnte fremgangsmåde med eliminering af po.W, bestemmes po ved hjælp af en konventionel trykmåler og M ved en kurvemæssig tilpasning eller ud fra en tabel, afhængigt af beholderens indhold og den ønskede nøjagtighedsgrad. I muligt eksplosive 15 omgivelser, såsom benzintanke, er anvendelsen af et elektromagnetisk aktiveringsorgan mindre hensigtsmæssigt og i visse tilfælde endog forbudt ved gældende lovbestemmelser. Til sådanne anvendelser kan det på fig.

1 viste aktiveringsorgan erstattes med et organ, der 20 betjener stempelstangen mekanisk og drives hydraulisk eller pneumatisk, men som ellers ikke ændrer opfindelsens generelle princip.

Apparatet ifølge opfindelsen har mange fordele. En måling, hvorunder Δ p holdes konstant, giver en mere stabil 25 tilstand i beholderen. Ved denne målingstype undgår man også det problem, at Ap kan vokse mod uendelig, når beholderen bliver fuld, samt kravet om en trykmåler med en stor nøjagtighedsgrad over et bredt målings-område. Trykmåleren i apparatet ifølge opfindelsen kan 30 således være et simpelt trykovervågningsorgan. Endvidere muliggør den nye udformning af apparatet, at stempelnavet kan varieres kontinuert og i nøjagtig overensstemmelse med en sinusbølge, hvilket simplificerer bestemmelsen af stempelvandringens størrelse. Et apparat,

DK 163685 B

7 hvor stempelbevægelsen ikke finder sted på denne meget nøjagtige måde, ville kræve en lineær transor (der også kan anvendes i det opfinderiske apparat), men som er meget kostbar.

5 Fjederen 3 i apparatet ifølge opfindelsen kan erstattes med flere samforbundne fjedre, og den indbyrdes positionering af komponenterne kan ændres. Den bevægelige væg kan være en membran eller et højttalerelement i stedet for et stempel.

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til måling af rumfanget (V) af en gas i en beholder, kendetegnet ved, at beholderens rumfang varieres følgende en sinuskurve mellem 5 en minimalværdi og en maksimalværdi, hvilken variation tilvejebringes med en konstant frekvens med en varierende amplitude til opnåelse af en foreskrevet trykforskel (Δρ), at rumfangsforskellen (A\l) svarende til den foreskrevne trykforskel (Δρ) bestemmes ved detektering af 10 de tidspunkter, hvor mindst to punkter på sinusbølgen opnås svarende til to foreskrevne værdier af beholderens rumfang, at tidsrummet mellem de nævnte to punkter på sinusbølgen måles og anvendes til beregning af maksimalværdien og minimalværdien for rumfanget (V), hvilke 15 værdier anvendes til beregning af den til den foreskrevne trykforskel (Δρ) svarende rumfangsforskel (AV), samt at rumfanget (V) beregnes på basis af formelen V = ÅVxpgXw/Ap, hvor pg = det statiske tryk og N = Cp/Cv, hvor Cp og Cv er den specifikke varmekapacitet ved hen-20 holdsvis konstant tryk og konstant rumfang for gassen i beholderen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at målingen gentages for en anden værdi af beholderens rumfang, hvorefter gasrumfanget beregnes uden kend- 25 skab til po.N.

3. Apparat til måling af rumfanget (V) af en gas i en beholder (20), omfattende et rørformet hus (1), som ved den ene ende er forbundet med en åbning i beholderen, og i hvilket en reciprokerbar væg (2) er elastisk ophængt, 30 og med et aktiveringsorgan (9) og en trykmåler (16) monteret i beholderen, kendetegnet ved mindst to positionsdetekteringstransorer (13, 14), der er indrettet til at frembringe et signal ved passagen af den DK 163685 B 9 reciprokerbare væg (2), et tidsmålingsorgan til måling af tidsrummet mellem et signal fra den ene positions-transor og et følgende signal fra den anden positions-transor, samt et beregningsorgan (15) indrettet til 5 at beregne oscillationsamplituden af den reciprokerbare væg på basis af tidsmålingen ved hjælp af tidsmålingsorganet samt til at måle rumfanget af gassen i beholderen.

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, 10 at aktiveringsorganet (9) er indrettet til at aktivere den bevægelige væg (2) ved hjælp af korte aktiveringsimpulser på passende tidspunkter.

5. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at oscillationsamplituden for den bevægelige væg (2) 15 er indrettet til at kunne varieres ved variering af længden og/eller amplituden af aktiveringsimpulserne.