DE10207842A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Behälterkalibrierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung für Behälter mit einem Peilsystem, wobei ein Zählwerk und eine damit verbundene Verarbeitungseinrichtung enthalten sind, und wobei die Verarbeitungseinrichtung zum Datenaustausch ferner mit dem Peilsystem an dieses anschließbar und ausgelegt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kalibrierverfahren für Behälter mit einem Peilsyste, wobei ein Behälter über ein Zählwerk entleert oder gefüllt wird und die Zählinformation von dem Zähler mittels eines Steuerrechners mit den Füllstandsdaten des Peilsystems für diesen Behälter korreliert werden, und wobei das Ergebnis dieser Korrelation von dem Steuerrechner in das Peilsystem eingegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Behäl­ terkalibrierung.

Für die Messung von Flüssigkeitsmengen, insbesondere bei der Abgabe von Mineralölfahrzeugen, werden in der Praxis mechani­ sche Durchflusszähler eingesetzt. Solche Durchflusszähler, die ausschließlich der Abgabemengenbestimmung dienen, sind teuer und müssen Eichvoraussetzungen erfüllen, was den Aufwand ihres Einsatzes weiter erhöht und verkompliziert.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur einfacheren und rationelleren Abgabe­ mengenbestimmung zu schaffen.

Dieses Ziel wird erreicht mit einer Vorrichtung zur Behälter­ kalibrierung nach dem Anspruch 1 sowie einem Verfahren zur Be­ hälterkalibrierung nach dem Anspruch 20.

Seit einiger Zeit sind als Alternative zu mechanischen Durch­ flusszählern, auch für Abgaben aus Transportbehältern bei­ spielsweise von Tankfahrzeugen, eichfähige Systeme auf dem Markt, die auf der Basis von hochpräzisen elektronischen Peil­ vorrichtungen arbeiten. Solche Systeme messen vor und nach ei­ nem Abgabevorgang die exakte Höhe des Flüssigkeitsspiegels in einem oder mehreren Behälter(n). Aus den jeweiligen Füllhöhen errechnet ein Mikroprozessor die Füllvolumina vor und nach der Flüssigkeitsabgabe, wobei eine Peiltabelle zum Einsatz kommt. Aus der entsprechenden Gesamtdifferenz wird schließlich die Abgabemenge erhalten.

Eine solche Peiltabelle kann zwar rein rechnerisch aus den Be­ hälterdimensionen ermittelt werden, allerdings genügt die Prä­ zision der mechanischen Fertigung im Behälterbau bei weitem nicht den Genauigkeitsanforderungen des Eichgesetzes (± 0,3%). Daher werden im Rahmen der Erfindung Behälter, aus denen ge­ eichte Abgaben mittels eines eingebauten Peilstabes erfolgen sollen, individuell kalibriert, d. h. deren Höhen-/Volumen- Kennlinie wird aufgenommen. Hierzu dienen das nachfolgend ge­ nauer beschriebene Verfahren und nach diesem Verfahren arbei­ tende Vorrichtungen, mit denen der Zeitaufwand für die Kali­ brierung stark reduziert werden kann. In vorteilhafter Weise erfolgt eine gleichzeitige Reduktion der möglichen Fehlerquel­ len.

Durch die Erfindung wird somit geschaffen eine Kalibriervor­ richtung für Behälter mit einem Peilsystem, dadurch gekenn­ zeichnet, dass ein Zählwerk und eine damit verbundene Verar­ beitungseinrichtung enthalten sind, und dass die Verarbei­ tungseinrichtung zum Datenaustausch ferner mit dem Peilsystem an dieses anschließbar und ausgelegt ist.

Eine vorzugsweise Weiterbildung besteht darin, dass Vorrich­ tungen zum Feststellen einer vollständigen Leerung des Behäl­ ters enthalten sind, wobei insbesondere die Vorrichtungen zum Feststellen einer vollständigen Leerung des Behälters ein Schauglas und/oder Leermeldesensoren enthalten.

Bei einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Tem­ peratursensor zur Ermittlung und Berücksichtigung der Tempera­ tur des Inhaltes des Behälters durch den Steuerrechner enthal­ ten ist, wobei insbesondere der Steuerrechner mit Temperatur­ messeinrichtungen in dem Behälter direkt oder über das Peilsy­ stem verbindbar sein kann.

Weiterhin kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Kali­ briervorrichtung zur automatischen Kalibrierung von Messbehäl­ tern mit integrierter elektronischer Peilung ausgelegt ist.

Eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung besteht darin, dass eine elektronische gesteuerte Pumpe für die Entnahme oder die Zugabe von Flüssigkeit aus dem bzw. in den zu messenden Behälter enthalten ist. Bevorzugt ist dabei ferner vorgesehen,
dass ein der Pumpe nachgeschalteter Zähler zur genauen Erfas­ sung der zu- oder abgepumpten Menge enthalten ist, und/oder
dass ein in Reihe mit der Pumpe und dem Zähler geschaltetes Schnellschlußventil enthalten ist, womit ein unerwünschter Durchfluss während eines Stopps der Pumpte blockiert werden kann, und/oder
dass die elektronisch ermittelten Peilstände vor und nach je­ dem Pumpvorgang abgefragt werden, und/oder
dass eine übergeordnete Steuerung die Pumpvorgänge auslöst, alle Messergebnisse erfaßt, aufzeichnet und on-line auswertet.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl der Pumpe re­ gelbar ist mit dem Ziel, den Durchfluss durch den Zähler mög­ lichst konstant zu halten, wodurch Messfehler des Zählers mi­ nimiert werden können.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass die Pumprichtung der Anordnung durch eine Kombination von Ventilen umgeschaltet werden kann, ohne daß sich dabei die Durchflussrichtung für den Zähler ändert, und/oder dass die Pumprichtung der Anord­ nung durch eine Kombination von Ventilen umgeschaltet werden kann, ohne daß dabei Flüssigkeit ausläuft oder Luft in das Rohrsystem eindringen kann.

Noch eine weitere vorzugsweise Weiterbildung sieht vor, dass zwischen Pumpe und Zähler ein Gassammelbehälter angeordnet ist, der das Auftreten von Gas anzeigt, wobei insbesondere im Gassammelbehälter ein Sensor integriert sein kann, der das Auftreten von Gas elektronisch an die Steuervorrichtung meldet, die z. B. die Messungen dann automatisch unterbricht.

Bei einer erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass in der Nähe des Auslaufs des zu prüfen­ den Messbehälters ein Rohrstück mit Schauglas eingefügt ist, in dem nach dem vollständigen Leeren des Messbehälters der Flüssigkeitsspiegel sichtbar wird, so daß unter Berücksichti­ gung des Volumens des Rohrstückes oberhalb des Flüssigkeits­ spiegels das dem Messbehälter entnommene Volumen exakt be­ stimmt werden kann. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass in der Nähe des Auslaufs des zu prüfenden Messbehälters ein Rohrstück mit einem eingebauten Sensor eingefügt wird, der nach dem vollständigen Leeren des Messbehälters die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in diesem Rohrstück erfaßt, so daß unter Berücksichtigung des Volumens des Rohrstückes oberhalb des Flüssigkeitsspiegels das dem Messbehälter entnommene Volumen exakt bestimmt werden kann.

Außerdem ist noch möglich, in die Anordnung ein Temperatursen­ sor zu integrieren, der die Temperatur der strömenden Flüssig­ keit für Überwachungs- und Korrekturzwecke erfaßt.

Weiterhin schafft die Erfindung ein Kalibrierverfahren für Be­ hälter mit einem Peilsystem, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter über ein Zählwerk entleert oder gefüllt wird und die Zählinformation von dem Zähler mittels eines Steuerrechners mit den Füllstandsdaten des Peilsystems für diesen Behälter korreliert werden, und dass das Ergebnis dieser Korrelation von dem Steuerrechner in das Peilsystem eingegeben wird.

In Weiterbildung des Kalibrierverfahrens ist vorgesehen, dass das Entleeren oder Füllen zwischen einem zumindest im wesent­ lichen maximal gefüllten Zustand des Behälters und einem zu­ mindest im wesentlichen maximal geleerten Zustand des Behäl­ ters erfolgt.

Weitere Gestaltungsmöglichkeiten des Kalibrierverfahrens erge­ ben sich aus der analogen Anwendung der vorstehend in ver­ schiedenen Versionen beschriebenen Kalibriervorrichtung oder der verfahrensmäßigen Umsetzung deren Vorrichtungsmerkmale.

Andere vorzugsweise und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung ergeben sich aus den Ansprüchen, einschließlich den abhängigen Ansprüchen und deren Kombinationen sowie aus den gesamten vorliegenden Unterlagen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung anhand eines Ausführungsbeispiels lediglich exemplarisch und erläuternd näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Behälterkali­ brierung.

Die Vorrichtung oder Anlage 1 zur Behälterkalibrierung gemäß der Fig. 1 enthält eine Pumpe 2 mit stufenlos regelbarem An­ trieb 3 (Mot), einen Präzisions-Durchflusszähler 4 mit elek­ tronischer Schnittstelle 5 und Impulsgeber 6 (IG), einen Luft­ sammelbehälter 7 mit elektronischer Niveauüberwachung 8 mit einem Luftsensor 9, ein elektronisch ansteuerbares Schnell­ schlussventil 10 (Vs), eine Ventilkombination V1. . .V4 zur Pumprichtungsumschaltung unter Beibehaltung der Durchfluss­ richtung durch Pumpe 2 und Zähler 4, einen Temperatursensor 11 zur Erfassung der Produkttemperatur, einen Steuerungsrechner 12 als Verarbeitungseinrichtung, Schläuche 13 und 14 zur Ver­ bindung mit Bodenventilen BV der Tanks 15 der zu prüfenden An­ lage 16, die auch ein Vorratstank oder ein Prüfbehälter (Eich­ kolben) sein kann, einen Sauganschluss 17 mit Schauglas 18 und/oder Leermeldesensoren (nicht dargestellt), und einen An­ schluss A an das Peilsystem 19 des/der zu prüfenden/kalibrie­ renden Behälter(s) 15 zum Auslesen der aktuellen Füllstände 20 in den Steuerrechner 12.

Mit diesem System 1 läuft die Kalibrierung eines Messbehälters 15 wie folgt ab:
Der zu prüfende Tank 15 wird bis zum höchstmöglichen Niveau (maximaler Füllstand 20) mit Flüssigkeit befüllt. Das Flüssig­ keitsvolumen kann, muss aber nicht genau bekannt sein. Das Füllniveau 20 des Behälters 15 wird über das integrierte elek­ tronische Peilsystem 19 unter Verwendung der Peilvorrichtungen 21, wie z. B. Peilstäbe, abgefragt. Gesteuert durch den Mikro­ prozessor oder Steuerrechner 12 des Prüfstandes 1 wird jetzt Schritt für Schritt ein bestimmtes Volumen über den Zähler 4 abgepumpt und nach jedem Schritt erneut der aktuelle Füllstand 20 und Volumen ausgelesen und gespeichert.

Das integrierte Schnellschlussventil 10 wird hierzu jeweils erst kurz vor dem Pumpvorgang geöffnete und sofort danach wie­ der geschlossen, um unerwünschten Zu- oder Abfluss der Flüs­ sigkeit zu unterbinden. Während des Pumpvorganges wird der Durchfluss durch automatische Regelung der Pumpenantriebslei­ stung möglichst konstant gehalten.

Beim Auslesen des Füllstandes wird zunächst gewartet, bis die durch den Pumpvorgang ausgelöste Unruhe an der Oberfläche der Flüssigkeit abgeklungen ist. Die Entnahmeschritte werden bis zum Erreichen der Messbereichsuntergrenze des Peilsystems fortgesetzt. Von dem zuletzt gemessenen Punkt der Peiltabelle an wird das Restvolumen exakt bestimmt, indem mit ggf. redu­ zierter Pumprate solange Flüssigkeit entnommen wird, bis so­ wohl Tank 15 als auch Befüll- und Entnahmeleitungen 13, 14 vollständig entleert sind.

Zweckmäßig wird zur Erzielung einer vollständigen Entleerung ein Schauglas 18 so in die Ablaufleitung (außerhalb z. B. eines Fahrzeuges) eingebaut, dass der Flüssigkeitsspiegel 20 nach Entleerung des Behälters 15 sichtbar ist. Da in diesem Fall etwas zu viel Flüssigkeit durch den Zähler gelaufen ist, muss das Volumen um die einmalig zu ermittelnde Differenzmenge zwi­ schen Schauglas-Marke und vollständiger Füllung der Ablauflei­ tung 14 vermindert werden. Die Restmenge kann statt mit einem Schauglas 18 auch durch einen geeigneten elektronischen Sensor (nicht dargestellt) in der Ablaufleitung 14 ermittelt werden.

Ist der Leerzustand des Messbehälters 15 erreicht, werden nachträglich vom Rechner 12 alle ermittelten Volumenwerte ent­ sprechend dem vom Zähler 4 abgelesenen, insgesamt aus der Kam­ mer 15 entnommenen Volumen errechnet. Die so ermittelte Peiltabelle kann, wenn dies das elektronische Peilsystem 19 in vorteilhafter Weise zulässt, gleich in letzteres überspielt und damit der Kalibriervorgang endgültig abgeschlossen werden.

Die Peiltabellen lassen sich im Steuerrechner 12 des Prüfstan­ des 1 archivieren, auf Datenträger ausgeben, visualisieren oder ausdrucken. Während des Kalibriervorgangs lassen sich, wenn im zu prüfenden Peilsystem 19 Temperatursensoren (nicht dargestellt) integriert sind, diese durch Vergleich mit den Messwerten des in den Prüfstand 1 integrierten Temperatursen­ sors 11 überprüfen. Der Temperatursensor 11 kann auch verwen­ det werden, um zu hohe Temperaturschwankungen des Produktes, die zu Fehlern in der Peilkennlinie führen würden, zu detek­ tieren, oder die Wirkung dieser Schwankungen zu korrigieren.

Nach der Entleerung des geprüften Tanks 15 kann durch Umschal­ ten der Stellventile am Ein- und Auslauf des Prüfstandes die Pumprichtung umgekehrt und z. B. jetzt der zuvor gerade befüll­ te Tank 15 kalibriert werden. Dadurch kann frei von Luftbei­ mengungen und ohne Flüssigkeitsverluste durch das An- und Ab­ kuppeln von Schläuchen 13, 14 gearbeitet werden.

Wenn es für den Kalibriervorgang erwünscht oder notwendig ist, kann mit dem Prüfstand 1 auf einfachste Weise auch das Volumen der außerhalb des Behälters 15 verlaufenden Füll- und Lee­ rungsleitungen 13, 14 gemessen werden, indem die oben be­ schriebene Restmengenmessung für das System wiederholt wird, wobei zu Beginn die Bodenventile BV geschlossen und damit das Leitungssystem 13, 14 vom Behälter 15 abgetrennt wird.

Entsprechende Akzeptanz durch die Eichbehörden vorausgesetzt, kann der Prüfstand 1 auch bei den eichtechnischen Prüfungen des Behälters 15 eingesetzt werden. Dadurch lässt sich in wei­ ter vorteilhafter Weise der sonst übliche Zeitaufwand für die Messungen mit einem Eichkolben (Referenzgefäß) deutlich ver­ ringern, der durch das diskontinuierliche Verfahren mit ab­ wechselndem Füllen und Leeren des Eichkolbens bedingt ist.

Bei Bedarf kann die Arbeitsweise des Systems jederzeit - sogar während einer laufenden Kalibrierung - überprüft werden, in dem der Auslauf des Prüfstandes 1 mit einem Eichkolben (Ver­ gleichsnormal) verbunden und die über den Zähler 4 abgegebene Menge nach dem Füllen des Kolbens mit dem von der Skala abge­ lesenen Volumenwert verglichen wird.

Die vorliegende Erfindung sowie alle ihre Aspekte sind nicht auf die Merkmale und Merkmalskombinationen der vorbeschriebe­ nen und in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele be­ schränkt. Die einzelnen Aspekte, Merkmale und Merkmalskombina­ tionen der vorliegenden Erfindung im Rahmen der in den vorlie­ genden Unterlagen offenbarten Ausgestaltungen, Merkmale und Funktionen sind sowohl jeweils einzeln, als auch in ihren Kom­ binationen umsetzbar und schutzwürdig. Neben den in den vor­ liegenden Unterlagen enthaltenen allgemeinen und konkreten An­ gaben zur Realisierung erfindungsgemäßer Vorrichtungen und Verfahren zur Behälterkalibrierung gehören zum Umfang der Er­ findung auch alle Variationen, Modifikationen, Substitutionen und Kombinationen, die der Fachmann ohne weiteres aus den Un­ terlagen selbst und/oder unter Hinzuziehung seines Fachwissens erkennen kann.

Claims (22)

1. Kalibriervorrichtung für Behälter mit einem Peilsystem, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zählwerk (4) und eine da­ mit verbundene Verarbeitungseinrichtung (12) enthalten sind, und dass die Verarbeitungseinrichtung (12) zum Da­ tenaustausch ferner mit dem Peilsystem (19) an dieses an­ schließbar und ausgelegt ist.

2. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass Vorrichtungen zum Feststellen einer vollständi­ gen Leerung des Behälters (15) enthalten sind.

3. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Vorrichtungen zum Feststellen einer voll­ ständigen Leerung des Behälters (15) ein Schauglas (18) und/oder Leermeldesensoren enthalten.

4. Kalibriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (11) zur Ermittlung und Berücksichtigung der Temperatur des Inhaltes des Behälters (15) durch den Steuerrechner (12) enthalten ist.

5. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass der Steuerrechner (12) mit Temperaturmessein­ richtungen in dem Behälter (15) direkt oder über das Peil­ system (19) verbindbar ist.

6. Kalibriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur automatischen Kalibrierung von Messbehältern (15) mit integrierter elek­ tronischer Peilung ausgelegt ist.

7. Kalibriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische ge­ steuerte Pumpe (2) für die Entnahme oder die Zugabe von Flüssigkeit aus dem bzw. in den zu messenden Behälter (15) enthalten ist.

8. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass ein der Pumpe (2) nachgeschalteter Zähler (4) zur genauen Erfassung der zu- oder abgepumpten Menge ent­ halten ist.

9. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Reihe mit der Pumpe (2) und dem Zähler (4) geschaltetes Schnellschlußventil (10) enthalten ist.

10. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass die elektronisch ermittelten Peilstände vor und nach jedem Pumpvorgang abgefragt werden.

11. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine übergeordnete Steuerung die Pumpvorgänge auslöst, alle Messergebnisse erfaßt, auf­ zeichnet und on-line auswertet.

12. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Pumpe (2) regelbar ist mit dem Ziel, den Durchfluss durch den Zähler (4) möglichst konstant zu halten.

13. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprichtung der Anord­ nung durch eine Kombination von Ventilen (V1. . .V4) umge­ schaltet werden kann, ohne daß sich dabei die Durchfluss­ richtung für den Zähler (4) ändert.

14. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprichtung der Anord­ nung durch eine Kombination von Ventilen (V1. . .V4) umge­ schaltet werden kann, ohne daß dabei Flüssigkeit ausläuft oder Luft in das Rohrsystem eindringen kann.

15. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pumpe (2) und Zähler (4) ein Gassammelbehälter (7) angeordnet ist, der das Auf­ treten von Gas anzeigt.

16. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass im Gassammelbehälter (7) ein Sensor (9) in­ tegriert ist, der das Auftreten von Gas elektronisch an die Steuervorrichtung (12) meldet, die z. B. die Messungen dann automatisch unterbricht.

17. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe des Auslaufs des zu prüfenden Messbehälters (15) ein Rohrstück (17) mit Schauglas (18) eingefügt ist, in dem nach dem vollständi­ gen Leeren des Messbehälters (15) der Flüssigkeitsspiegel (20) sichtbar wird, so daß unter Berücksichtigung des Vo­ lumens des Rohrstückes oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (20) das dem Messbehälter (15) entnommene Volumen exakt bestimmt werden kann.

18. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe des Auslaufs des zu prüfenden Messbehälters (15) ein Rohrstück (17) mit ei­ nem eingebauten Sensor eingefügt wird, der nach dem voll­ ständigen Leeren des Messbehälters (15) die Höhe des Flüs­ sigkeitsspiegels (20) in diesem Rohrstück erfaßt, so daß unter Berücksichtigung des Volumens des Rohrstückes ober­ halb des Flüssigkeitsspiegels (20) das dem Messbehälter entnommene Volumen exakt bestimmt werden kann.

19. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in die Anordnung ein Tempera­ tursensor (11) integriert ist, der die Temperatur der strömenden Flüssigkeit für Überwachungs- und Korrek­ turzwecke erfaßt.

20. Kalibrierverfahren für Behälter mit einem Peilsystem, da­ durch gekennzeichnet, dass ein Behälter (15) über ein Zählwerk (4) entleert oder gefüllt wird und die Zählinfor­ mation von dem Zähler (4) mittels eines Steuerrechners (12) mit den Füllstandsdaten des Peilsystems (19) für die­ sen Behälter (15) korreliert werden, und dass das Ergebnis dieser Korrelation von dem Steuerrechner (12) in das Peil­ system (19) eingegeben Wird.

21. Kalibrierverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, dass das Entleeren oder Füllen zwischen einem zumin­ dest im wesentlichen maximal gefüllten Zustand des Behäl­ ters (15) und einem zumindest im wesentlichen maximal ge­ leerten Zustand des Behälters (15) erfolgt.

22. Kalibrierverfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Kalibriervorrichtung (1) nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 19 zum Einsatz kommt.