用于确定液体密度的设备和方法

文档序号:9563178
用于确定液体密度的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于确定液体、尤其是液化气的密度的设备和方法。这样测量的或确定的密度能够在加油站上的数据管理中用于确定被加注的液体质量和用于保障质量。因此为了确定液体质量,其密度是重要的指示。
【背景技术】
[0002]在一些年中,液化气(LPG)不仅用于加热目的,而且也用于对车辆加油。液化气是主要丙烷和丁烷和其异构体的交替的混合物。在DIN EN589、DIN 51618和DIN 51622标准中记录了用于组分和其确定的指示。液化气的密度显著低于普通燃料并且根据温度和组分位于0.44kg/l和0.66kg/l之间。因为组分经受强烈的波动,所以存在在加油站处和在贮藏罐中的监控的需求。此外,在一些国家中,燃料也根据重量(质量)来销售,使得在此同样存在不仅确定体积而且也确定密度的必要性。
[0003]液体的密度能够根据不同的方法测量。为了在加热材料和燃料中应用仅考虑特定的测量方法,所述加热材料和燃料贮藏在罐中并且连续地监控。例如在EP 2 196 781 A1中详细阐述的那样,能够连同料位测量一起在传感器系统中实现的密度测量方法尤其在与磁致伸缩的料位测量共同作用时是尤其有利的。在此,使用被引导的浮力体,所述浮力体以其浮力使弹性元件变形进而在平衡状态下经受特定的移动,所述移动以一一对应的方式与液体密度相关。所述移动借助与用以确定料位的或必要时分离层的位置的磁致伸缩测量原理相同的磁致伸缩测量原理确定。由此,整个测量设备是极其紧凑的。
[0004]特别的可行性在于:弹性元件通过重量元件、即通过链取代,如这在RU 2 273 838C1中描述。这允许通过如下方式进行灵敏的测量,即能够极其大地选择在每次密度变化时浮力体的移动。由此,磁致伸缩的位置测量仅还很少地由于重量而产生测量误差。该设计的缺点在于,在罐中在填充时出现的横向流动中链能够缠绕在仪器并且由此妨碍测量。
[0005]在液化气中存在如下问题,需要具有如下密度的浮力体,所述密度小于为大约0.4kg/l的要测量的密度。这种浮力体需要轻质的、薄壁的构造进而仅不是不那么压强稳定的。但是在液化气中,压强通常相当高。液化气容器经受交替的压强,所述压强对应于贮藏的液体的蒸汽压强。容器是封闭的并且具有安全阀,所述安全阀在大约16bar的压强下自动地打开。浮力体因此必须经受住该高的压强。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是,实现用于确定液体密度的设备和方法,所述设备和方法也能够在液化气的情况下应用,即在具有高的压强和低的密度的条件下。
[0007]所述目的通过根据本发明的用于确定液体密度的设备和根据本发明的用于确定液体密度的方法来实现。本发明的有利的设计方案从各实施形式得出。
[0008]根据本发明的用于确定液体密度的设备包括:浮力体;作用于在浮力体上的至少一个测量弹簧,所述测量弹簧的弹性变形是浮力体的浮力的度量进而所述弹簧称作为测量弹簧;和磁体,所述磁体构建为用于借助用于磁致伸缩的位置测量系统检测测量弹簧的弹性变形。磁致伸缩的位置测量系统能够是设备的组成部分,但是也能够是外部的部件,例如在在用于液化气的贮藏罐中在填充料位测量系统中总是设有所述部件。就此,已经从上述EP 2 196 781 A1中已知该设备。
[0009]因为根据本发明的设备尤其可以用于确定液化气密度,所以浮力体必须经受得住存在于液化气中的压强并且相对稳定地制造。因此,浮力体的质量和体积的商(即浮力体的平均密度)大于要确定的密度(所述密度在液化气中总共相对小)。现在,浮力体的浮力等于由浮力体所排出的液体的重量,即等于浮力体的体积和液体的密度的乘积(或者说特定重量)。浮力因此不足以让浮力体漂浮。从EP 2 196 781 A1中已知的设备因此不工作。
[0010]本发明通过浮力体通过弹簧力沿浮力方向偏置到测量弹簧的工作区域中的方式来解决所述问题。这就是说,浮力和弹簧力共同补偿浮力体的重力,使得浮力体漂浮并且现在能够自由地向下或向上运动。因此,所述浮力体位于测量弹簧的工作区域中,所述测量弹簧现在更强或不那么强地变形或应变,更确切地说,刚好强至作用于浮力体上的力的总和消失。
[0011]因此,根据浮力的大小,测量弹簧更强或不那么强地变形。当磁体在弹簧变形时共同运动时,其位置改变,这能够由磁致伸缩的位置测量系统检测。所述位置是浮力进而液体密度的度量。
[0012]优选地,测量弹簧构建用于施加用于沿浮力方向偏置浮力体的弹簧力。这例如能够通过浮力体悬挂在测量弹簧上的方式实现。测量弹簧于是向上拉伸并且支持浮力。
[0013]在这种装置的一个有利的设计方案中,浮力体在没有浮力作用的情况下(例如当没有填入液体时)贴靠止挡部(例如通过其安置在支撑面上的方式)。在此,尽管测量弹簧向上拉动,但是其不足以使浮力体运动远离止挡部。首先在浮力作用下,浮力体能够从止挡件脱开并且占据距此的一定间距。于是尽管测量弹簧的拉力较小一些,但是总体上在测量弹簧的工作区域中出现平衡。测量弹簧在此根据浮力的大小更强或不那么强地变形,这一一如已经阐述的那样一一是液体密度的度量。变形和密度之间的关联尽可能是线性的。
[0014]原则上,与至少一个测量弹簧不同的弹簧也能够施加需要用于支持浮力的弹簧力。于是获得如下弹簧系统,但是所述弹簧系统通常同样线性地做出反应,即磁体的移动是浮力进而要确定的密度的尽可能线性的函数。
[0015]测量弹簧的工作区域和弹簧的适当的偏置能够通过实验来确定。液体密度给定的情况下的测量弹簧的变形(或者磁致伸缩的位置测量系统的所属的电信号)之间的关联例如能够通过标定来确定。
[0016]在本发明的优选的实施方式中,测量弹簧构成为螺旋片式弹簧,所述螺旋片式弹簧例如能够由平面的板制成。
[0017]螺旋片式弹簧在此不能够理解为如钟表弹簧那样螺旋状缠绕的下述片式弹簧,所述片式弹簧的螺旋状的走向通过垂直于其片平面的塑性变形来实现,而是能够如像通过在薄的、平面的初始材料中的螺旋状的切割导向(Schnittfilhrung)制成的那样的弹簧。为了在这种切割导向后在未负载的状态下实现螺旋片式弹簧的弹簧形状,螺旋片式弹簧变能够形成三维形状,即沿着垂直于原始材料的平面的轴线变形。然而也能够有利的是,螺旋片式弹簧在未负载的状态下取初始材料的平面形状,使得这种到三维的塑性变形被抑制。
[0018]钟表弹簧能够沿径向方向极其容易地弹性变形。螺旋片式弹簧相反由于其几何形状而能够沿径向方向提供高的阻力力矩,使得借助于所述螺旋片式弹簧能够实现浮力体的可靠的径向引导。由此能够防止浮力体与其引导装置接触,使得浮力体所经受的任何摩擦力被最小化。在轴向方向上,螺旋片式弹簧相反能够极其软进而极其灵敏。这引起根据本发明的设备的高灵敏度,因为密度或浮力中的小的差别已经引起浮力体的相对大的路程改变。螺旋片式弹簧能够构成为是单头的(即构成为常见的螺旋),但是也能够构成为是双头的或多于双头的。在后一种情况下,从弹簧的中央发出多于一个螺旋头。
[0019]在EP 2 196 781 A1中详细地描述一种用于借助于浮力体确定液体密度的设备,螺旋片式弹簧作用于所述浮力体。
[0020]在本发明的一个有利的实施方式中,浮力体具有上部区域和下部区域,并且设有两个测量弹簧,所述测量弹簧优选是相同结构类型的。在此,一个测量弹簧作用于浮力体的上部区域并且另一测量弹簧作用于浮力体的下部区域。该布置实现尤其可靠地径向引导浮力体,由此能够实际上排除浮力体的引导部和浮力体之间的摩擦力。因为在该情况下应用两个测量弹簧,所以在给定所得的在轴向上作用于浮力体的力的情况下移动路程甚至小于在唯一的弹簧的情况下。但是如已经阐述的那样弹簧能够柔软且灵敏地构成,使得应用两个弹簧并非不利地起作用。在此,用于支持浮力的弹簧力优选由这两个测量弹簧施加。
[0021]除了已经提及的磁体之外,还能够设有被固定的基准磁体,其中磁体和基准磁体之间沿着磁致伸缩的位置测量系统的测量线的位置之差是测量弹簧的要确定的弹性变形的度量。这实现:根据本发明的设备构成为单元并且例如结合填充料位测量系统使用,所述填充料位测量系统已经存在于贮藏罐中。当磁体例如位于浮力体中使得所述磁体跟随浮力体的运动而基准磁体相反例如位于测量弹簧的静态的配对支承件上时,从磁体和基准磁体的位置的差中得到测量弹簧的变形,而与设备在何种高度安装在磁致伸缩的填充料位测量系统无关。当相反地仅存在一个跟随测量弹簧的运动或变形的磁体时,设备的状态与磁致伸缩的位置测量系统的绝对高度相关并且例如能够在维护工作时移动。
[0022]优选地,浮力体具有用于容纳引导管的凹陷部。引导管优选能够经由用于磁致伸缩的位置测
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