DE19832862C2 - Dosierverfahren für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosierverfahren gemäß der Gattung des Anspruchs 1 sowie eine Dosiervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Entnahme von zu untersuchenden Flüssigkeiten, beispielsweise aus einem Abwasserkanal, kann mit bekannten Dosiervorrichtungen in regelmäßigen Zeitabständen automatisch erfolgen. Dabei wird über einen Saugschlauch eine Flüssigkeitsmenge in einen Dosierbehälter geleitet, von dem dann eine vorgegebene Probenmenge in einen Probenbehälter abgeleitet wird. Auf diese Weise können nacheinander mehrere Proben in eine entsprechende Anzahl von Probenbehälter abgefüllt werden. Die Proben können dann auf Inhaltstoffe untersucht werden, um festzustellen, zu welchen Zeitpunkten welche Belastungen in der zu untersuchenden Flüssigkeit aufgetreten sind.

Eine bekannte Dosiervorrichtung dieser Art ist in der US-PS 3,795,347 beschrieben. Die zu untersuchende Flüssigkeit wird in einen Dosierbehälter geleitet, der oberhalb eines Probenbehälters angeordnet ist. Die gewünschte Probenmenge kann aus dem Dosierbehälter nach unten in den Probenbehälter abfließen.

Aus der EP 0 787 982 A1 ist ein Dosierverfahren bekannt, bei dem die einem Dosierbehälter zu entnehmende Probenmenge rechnerisch bestimmt wird, wobei die Entnahmegeschwindigkeit als bekannt vorausgesetzt wird. Ändern sich der Pumpendruck und die Fließgeschwindigkeit bei der Bereitstellung der als Rest verbleibenden Probenmenge, so kann dies zu Messungenauigkeiten führen.

Aus der DE 41 38 477 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Entnahmegeschwindigkeit einer Pumpe über die zeitaufgelöste Messung von sich mit der Entnahme ändernden Füllstandshöhen bestimmt wird. Es wird zur Kalibrierung die Durchsatzleistung einer Dosierpumpe durch das innerhalb einer Zeit geförderte Differenzvolumen gemessen, und es wird die Durchsatzleistung der Pumpe so lange verändert, bis eine gewünschte Durchsatzleistung erreicht ist. Eine weitere Einrichtung zur Messung des Durchflusses ist aus der US 4 906 165 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosierverfahren für Flüssigkeiten zu schaffen, bei dem die in Behälter abzufüllende Flüssigkeitsmenge mit großer Genauigkeit festgelegt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen. In den Dosierbehälter wird zunächst eine größere Flüssigkeitsmenge eingefüllt, als die eigentliche Probenmenge. Um die Probenmenge im Dosierbehälter zu erhalten, wird eine Teilmenge mit gleichförmiger Entnahmegeschwindigkeit aus dem Dosierbehälter entnommen und es wird dabei die Entnahmegeschwindigkeit gemessen. Ab einem detektierten Füllstand wird dann für eine einstellbare Zeitdauer weiterhin Flüssigkeit mit der gemessenen Entnahmegeschwindigkeit dem Dosierbehälter entnommen, bis im Dosierbehälter die gewünschte Probenmenge verbleibt. Bei jeder Messung der Entnahmegeschwindigkeit wird somit eine Kalibrierung durchgeführt.

Um eine hohe Genauigkeit für jede zu entnehmende Probenmenge zu erhalten, erfolgt die Messung der Entnahmegeschwindigkeit bei jedem Dosiervorgang erneut. Somit wird das Dosierverfahren für die Bereitstellung der Probenmenge bei jedem Dosiervorgang kalibriert.

Die Messung der Entnahmegeschwindigkeit erfolgt mittels Füllstandssensoren, die einen oberen Füllstand und einen mittleren Füllstand anzeigen, wobei die Füllstandsdifferenz zwischen oberem und mittlerem Füllstand dividiert durch die vom Erreichen des oberen bis zum Erreichen des mittleren Füllstands benötigte Zeit die aktuelle Entnahmegeschwindigkeit angibt. Die Entnahmegeschwindigkeit kann mit besonders hoher Genauigkeit ermittelt werden, wenn der Entnahmevorgang von einem oberhalb des oberen Füllstandssensors befindlichen Füllstand beginnt. Dadurch wird nämlich erreicht, dass die bei Beginn des Entnahmevorgangs möglicherweise auftretende Pumpen-Anlaufschwankungen den eigentlichen Messvorgang nicht beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es auch eine Dosiervorrichtung anzugeben, mit der das erfindungsgemäße Dosierverfahren durchführbar ist.

Im Anspruch 5 ist eine solche Dosiervorrichtung zur Durchführung des Dosierverfahrens angegeben. Die im Dosierbehälter angeordneten Füllstandssensoren sind an eine Steuereinheit angeschlossen, die mittels wenigstens einer steuerbaren Pumpe die zu untersuchende Flüssigkeit in den Dosierbehälter und die zu entnehmende Teilmenge aus dem Dosierbehälter fördert. Die Steuereinheit kann eine gleichförmige Flüssigkeitsförderung während der Entnahme der Teilmenge vornehmen, so dass die Entnahmedauer, während der die Teilmenge entnommen wird, sehr genau bestimmt werden kann.

Ein oberhalb des oberen Füllstandssensors angeordneter weiterer Füllstandssensor wirkt als Begrenzer, der beim Befüllen des Dosierbehälters den maximalen Füllstand begrenzt.

Sämtliche Füllstandssensoren können in sehr vorteilhafter Weise als vertikal nach unten in den Dosierbehälter ragende Elektroden mit unterschiedlicher Länge ausgebildet sein. Als vierte Elektrode kann eine gemeinsame Gegenelektrode tief in den Dosierbehälter hineinragen. Erreicht der Flüssigkeitsstand das Ende einer als Füllstandssensor wirkenden Elektrode, so ändert sich dabei die elektrische Leitfähigkeit zwischen dieser Elektrode und der Gegenelektrode, was als Sensorsignal in der Steuereinheit ausgewertet werden kann.

Versuche haben gezeigt, dass eine sehr hohe Genauigkeit für die jeweils einem Probenbehälter zuzuführende Probenmenge erzielt werden kann. Bei einem oberen Füllstand von 300 ml und einem mittleren Füllstand von 250 ml kann der maximale Füllstand etwa 320 ml betragen. Wird ausgehend vom maximalen Füllstand die Entnahmegeschwindigkeit zwischen oberem Füllstand und dem mittleren Füllstand gemessen, so konnten sehr exakt Probenmengen von 20 ml bis 200 ml bereitgestellt werden.

Das Ablassen der im Dosierbehälter verbleibenden Probenmenge kann besonders einfach über einen Ablassschlauch mit einem steuerbaren Ventil erfolgen. Die gewünschte Probenmenge lässt sich über eine Tastatur, die mit der Steuereinheit in Verbindung steht, eingeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der Dosiervorrichtung und

Fig. 2 eine schematisierte Darstellung der Dosiervorrichtung in Form eines Blockschaltbildes.

Die in Fig. 1 dargestellte Dosiervorrichtung besteht aus einem Dosierbehälter 1, mehreren Probenflaschen 2, einer Steuereinheit 3 und einem mit einer Abwasserrinne 4 verbundenen Saugschlauch 5, der von oben in den Dosierbehälter 1 ragt.

Am unteren Ende ist der Dosierbehälter 1 über einen Ablassschlauch 6 mit jeweils einer Probenflasche 2 verbunden, wobei der Ablassschlauch 6 mittels eines Ventils 7 absperrbar ist.

In den Dosierbehälter 1 ragen insgesamt vier Elektroden vertikal nach unten, von denen die längste Elektrode 8 die Gegenelektrode zu den anderen Elektroden, die als Füllstandssensoren 9 bis 11 wirken, bildet.

Ein erster Füllstandssensor 9 markiert mit seinem unteren Ende einen oberen Füllstand, während ein zweiter Füllstandssensor 10 einen mittleren Füllstand mit seinem unteren Ende markiert. Ein weiterer Füllstandssensor 11 definiert mit seinem unteren Ende den maximalen Füllstand im Dosierbehälter 1.

Um aus der Abwasserrinne 4 eine Flüssigkeitsmenge aus einer zu untersuchenden Flüssigkeit 12 zu entnehmen, wird mittels einer hier nicht dargestellten Saugpumpe über ein Rohr 13 Luft aus dem Dosierbehälter 1 abgesaugt. Das Entlüftungsventil 14 am oberen Ende des Saugschlauchs 5 ist dabei geschlossen. Das Absaugen der Luft aus dem Behälter 1 bewirkt, dass Flüssigkeit über den Saugschlauch 5 in den Dosierbehälter 1 gelangt und zwar bis der Füllstand das untere Ende des Füllstandssensors 11 erreicht. Der Füllstandssensor 11 gibt dabei ein Sensorsignal an die Steuereinheit 3, die darauf hin die Pumpe abschaltet.

Nun kann die Flüssigkeitsmenge im Dosierbehälter 1 bis auf eine gewünschte Probenmenge reduziert werden. Zu diesem Zweck wird zunächst das Entlüftungsventil 14 geöffnet, damit die im Saugschlauch 5 stehende Flüssigkeitssäule abreißen und in die Abwasserrinne 4 zurückfließen kann. Dann wird über die nicht dargestellte Pumpe und das Rohr 13 Druckluft in den Dosierbehälter 1 gepumpt, und zwar mit konstantem Druck. Dabei wird die im Dosierbehälter 1 befindliche Flüssigkeit über den Saugschlauch 5 aus dem Dosierbehälter 1 gedrückt, so dass sich die Füllhöhe gleichförmig reduziert. Erreicht die Füllhöhe das untere Ende des Füllstandssensors 9, so gibt dieser ein Sensorsignal an die Steuereinheit 3, um die Zeit zu messen, die verstreicht, bis die Füllhöhe das untere Ende des zweiten Füllstandssensors 10 erreicht. Die Druckluft wird nun weiterhin so lange in den Dosierbehälter 1 gefördert, bis eine gewünschte Probenmenge im Dosierbehälter 1 verbleibt.

Beträgt der Füllstand am unteren Ende des ersten Füllstandssensors 9 z. B. 300 ml und am unteren Ende des zweiten Füllstandssensors 10 z. B. 250 ml, und wird zur Reduzierung des Füllstandes dabei eine Zeit von zwei Sekunden benötigt, so muss die Druckluft weitere vier Sekunden in den Dosierbehälter 1 über das Rohr 13 gepumpt werden, um eine gewünschte Probenmenge von 150 ml zu erhalten.

In der schematisierteren Darstellung von Fig. 2 ist die an das Rohr 13 angeschlossene Pumpe 15 dargestellt, die als Saug- oder Druckpumpe wahlweise arbeiten kann. Die Steuereinheit 3 steuert ein zwischen Rohr 13 und Pumpe 15 angeordnetes Ventil 16, welches in der dargestellten Stellung auf Entlüften steht. Diese Stellung ist zweckmäßig, wenn die verbleibende Probenmenge aus dem Dosierbehälter 1 in die Probenflasche 2 abgelassen wird.

An die Steuereinheit 3 ist eine Tastatur 17 und eine Anzeigeeinrichtung 18 angeschlossen, um gewünschte Probenmengen einzugeben und Betriebszustände ablesen zu können.

Wird das Ventil 16 aktiviert, so wird die Verbindung zwischen dem Rohr 13 und der Pumpe 15 hergestellt. Wird das Ventil 14 von der Steuereinheit 3 aktiviert, so wechselt es vom geschlossenen in den offenen Zustand.

Anstelle der als Saug- und Druckpumpe ausgebildeten Pumpe 15 kann auch jede andere Einrichtung Verwendung finden, die auf das Rohr 13 saugend oder pumpend wirkt.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt nur eine mögliche Realisierung der Erfindung dar. Wesentlich ist dabei, dass ab einer definierten Füllhöhe die Entnahmegeschwindigkeit exakt gemessen wird. Hierzu können anstelle der im Ausführungsbeispiel vorgeschlagenen Füllstandssensoren auch andere Sensoren Verwendung finden, wie beispielsweise Radar-, Ultraschall-, Gewichts- und kapazitive Sensoren. Mittels eines Radarsensors könnte beispielsweise der Abstand vom oberen Ende des Dosierbehälters bis zu der Flüssigkeitsoberfläche der im Dosierbehälter enthaltenen Flüssigkeit gemessen werden. Bei einer gleichförmigen Flüssigkeitsentnahme könnte dann die Entnahmegeschwindigkeit aus einer gemessenen Abstandsdifferenz ermittelt werden.

Claims (12)

1. Dosierverfahren, bei dem eine Flüssigkeit zunächst in einen Dosierbehälter (1) geleitet wird, aus dem dann mit gleichförmiger Entnahmegeschwindigkeit eine so große Teilmenge dieser Flüssigkeit wieder entnommen wird, bis eine vorgegebene Probenmenge im Dosierbehälter (1) verbleibt, die dann als Probe einem Probenbehälter (2) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Entnahme der Teilmenge zunächst die gleichförmige Entnahmegeschwindigkeit gemessen wird und dann ab einem detektierten mittleren Füllstand für eine in Abhängigkeit von der gemessenen gleichförmigen Entnahmegeschwindigkeit einstellbare Zeitdauer weiterhin Flüssigkeit mit der gleichen gleichförmigen Entnahmegeschwindigkeit dem Dosierbehälter (1) entnommen wird, bis im Dosierbehälter (1) die gewünschte Probenmenge verbleibt.

2. Dosierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmegeschwindigkeit für jeden Dosiervorgang neu bestimmt wird.

3. Dosierverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Entnahme der Teilmenge ein konstanter Pumpendruck eingehalten wird und ein erster Füllstandssensor (9) das Erreichen eines oberen Füllstands anzeigt, dass dann ein zweiter Füllstandssensor (10) das Erreichen des mittleren Füllstands anzeigt, und dass die Füllstandsdifferenz zwischen oberem und mittlerem Füllstand dividiert durch die vom Erreichen des oberen bis zum Erreichen des mittleren Füllstands benötigte Zeit die gleichförmige Entnahmegeschwindigkeit angibt.

4. Dosierverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme der Teilmenge von einem über dem oberen Füllstand liegenden höchsten Füllstand beginnt.

5. Dosiervorrichtung mit einem Dosierbehälter (1) zur Durchführung des Dosierverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine in den Dosierbehälter (1) enthaltene Probenmenge in eine Probenflasche (2) ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Dosierbehälter (1) wenigstens ein Sensor angebracht ist, der zur Ermittlung von Füllstandshöhen geeignet ist, und dass eine Steuereinheit (3) aus einer gemessenen Füllstandsdifferenz und der dafür benötigten Zeit die gleichförmige Entnahmegeschwindigkeit der aus dem Dosierbehälter (1) entnommenen Flüssigkeit berechnet und eine steuerbare Pumpe (15) von einem zu einem definierten mittleren Füllstand gehörenden ersten Zeitpunkt so lange weiterhin betreibt, bis der für eine gewünschte Probenmenge erforderliche Füllstand erreicht ist.

6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, dass im Dosierbehälter (1) an einem oberen Füllstand ein erster Füllstandssensor (9) und an dem mittleren Füllstand ein zweiter Füllstandssensor (10) angeordnet ist, dass die Sensoren an die Steuereinheit (3) angeschlossen sind, dass die Steuereinheit (3) mittels wenigstens einer steuerbaren Pumpe (15) die zu dosierende Flüssigkeit (12) in den Dosierbehälter (1) und die zu entnehmende Teilmenge aus dem Dosierbehälter (1) fördert.

7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des ersten Füllstandssensors (9) ein weiterer Füllstandssensor (11) angeordnet ist, der beim Befüllen des Dosierbehälters (1) das Erreichen der maximalen Füllhöhe an die Steuereinheit (3) meldet.

8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandssensoren (9 bis 11) von oben vertikal nach unten in den Dosierbehälter (1) ragende Elektroden sind, die eine tief in den Dosierbehälter (1) ragende gemeinsame Gegenelektrode (8) haben.

9. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem oberen Füllstand von 300 ml der mittlere Füllstand 250 ml beträgt.

10. Dosiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Füllstand 320 ml beträgt.

11. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenmenge über einen unten an den Dosierbehälter (1) angeschlossenen Ablassschlauch (6) mit einem Quetschventil (7) ableitbar ist.

12. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Probenmenge über eine an die Steuereinheit (3) angeschlossene Tastatur (17) eingebbar ist.