DE3720904A1

DE3720904A1 - Verfahren zur messung der in fluessigkeiten enthaltenen gasmenge

Info

Publication number: DE3720904A1
Application number: DE19873720904
Authority: DE
Inventors: Kenichi Toda; Tetsuhiro Hori
Original assignee: POLYURETHAN ENG CO Ltd
Current assignee: POLYURETHAN ENG CO Ltd
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1987-06-24
Publication date: 1988-03-31
Also published as: JPS6382342A; US4862729A; JPH0532694B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der in flüssigem Material enthaltenen Gasmenge.

Zum Beispiel wird zum Schäumen und Formen eines Polyurethan harzes ein flüssiges Material desselben mit trockener Luft oder Stickstoffgas oder ähnlichem gemischt, um eine gleich förmige Ausbildung der Hohlräume zu erhalten.

Die Menge des in das flüssige Material eingeleiteten Gases muß in Übereinstimmung mit präzisen Messungen der Gasmenge kontrolliert werden, da Qualität und Eigenschaften der geformten Produkte weitgehend von der in dem flüssigen Material enthaltenen Gasmenge abhängen.

Aus der US-PS 43 29 869 ist ein Verfahren zur Messung von in Flüssigkeit enthaltenen Luftblasen bekannt, bei dem das flüssige Material, das die zu messenden Luftblasen bzw. Gas enthält, zuerst komprimiert, um zwei wahlweise und voneinander verschiedene Flüssigkeitsvolumen zu erzeugen und dann wird ein Wechsel des Drucks des in den zwei Flüssigkeits volumen enthaltenen Gases mittels eines Manometers gemessen, um die Gasmenge in Übereinstimmung mit dem Boyle′schen Gesetz zu ermitteln.

Es ist jedoch unmöglich oder nahezu unmöglich, eine kleine Menge von in Flüssigkeit enthaltenem Gas, wie zum Beispiel weniger als 15% (Mischverhältnis) zu messen. Das kommt daher, daß eine so kleine Gasmenge leicht in der Lösung gelöst oder verflüssigt werden kann. Die Menge des verflüssigten oder gelösten Gases kann durch eine bekannte Meßmethode, wie sie zum Beispiel in der oben erwähnten US-PS 43 29 869 offen bart wurde, nicht gemessen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren für in Flüssigkeit enthaltenem Gas aufzu zeigen, das es möglich macht, auch eine kleine Menge von in Flüssigkeit enthaltenem Gas zu messen, auch wenn Gas in der Flüssigkeit gelöst ist oder verflüssigt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Die Ansprüche 2 bis 6 beschreiben weitere Ausführungsformen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die zu messende Flüssigkeit schnell in die unter Vakuum gehaltene Meßkammer eingeleitet werden und zwar beruhend auf einer Druckdifferenz, so daß das in der Lösung gelöste oder verflüssigte Gas ver gast werden kann. Folglich kommt das Gas, das in die Lösung gelöst worden ist, in einer flüssigen Phase zum Vorschein.

Das Gas wird in die Vakuummeßkammer eingeleitet; dann wird das Volumen der Kammer geändert, so daß nur das Gas sein Volumen ändert, da die Lösung eine unkompressible Flüssigkeit ist. Entsprechend werden die zwei verschiedenen Volumen der Meßkammer und korrespondierend die zwei verschiedenen Flüssigkeitsdrücke gemessen, um präzise und leicht die Menge des in der Flüssigkeit enthaltenen Gases, die gemessen werden soll, nachzuweisen. Es braucht eine sehr lange Zeit bevor das vergaste Gas sich löst und wieder verflüssigt im Vergleich mit der zur Messung benötigten Zeit.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte Longitudinal-Schnittansicht eines Meßapparates, der zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens benutzt werden kann;

Fig. 2 eine Schnittansicht auf einen wesentlichen Teil des in Fig. 1 gezeigten Meßapparates zur Erklärung, wie ein Vakuumzustand in einer Meßkammer hergestellt werden kann;

Fig. 3 eine Schnittansicht ähnlich wie Fig. 2, die den Einleitungsprozeß von der Meßkammer zu messender Flüssigkeit erklärt;

Fig. 4 eine Schnittansicht, die ein erstes Meßverfahren zeigt;

Fig. 5 eine Schnittansicht, die ein zweites Meßverfahren zeigt, in der eine Hilfshydraulikeinrichtung einen zurückgezogenen Kolben hat;

Fig. 6 ein Diagramm, das Messungen der Menge von in Flüssigkeit enthaltenem Gas gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und

Fig. 7 ein Diagramm, das Messungen der Menge von in Flüssigkeit enthaltenem Gas gemäß bekannten Ver fahren zeigt.

Eine in Fig. 1 gezeigte Meßapparatur, die zum Messen der Menge von in Flüssigkeit enthaltenem Gas gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt werden kann, ist mit einem Teil eines Tanks T verbunden, der ein zu messendes flüssiges Material, wie flüssiges Polyurethanharz, enthält, so daß das flüssige Material in die Meßapparatur, wenn ein Prüfen notwendig ist, eingeleitet werden kann. Die Apparatur hat einen Körper 12 mit einer darin enthaltenen Kammer 10, eine Ventileinrichtung 20 zum selektiven Schließen der Meßkammer 10 und Haupt- und Hilfshydraulikeinrichtungen 30 und 40.

Die Meßkammer 10 hat eine Öffnung 11, die mit dem Tank T durch einen Einströmschlitz 9 und einer Einströmbohrung 13, die in dem Körper 12 gebildet sind, verbunden ist.

Weiterhin hat die Apparatur ein Manometer 15 zum Nachweis eines Flüssigkeitsdrucks in der Meßkammer 10. Eine zylindrische Wand 14 ist in den Körper 12 eingesetzt, um die Meßkammer 10 zu bilden.

Die Ventileinrichtung 20 hat eine Kolbenstange 25, die axial zum Öffnen und Schließen der Öffnung 11 der Meßkammer 10 in die Einströmbohrung 13 gleitet. In der dargestellten Ausführungsform bewegt sich die Kolbenstange 25 nach links, um die Öffnung 11 vollständig zu verschließen. Die Ventil einrichtung 20 hat einen Hydraulikzylinder 29 mit Zylinder kammern 29 a und 29 b, in denen sich ein Kolben einstückig mit der Kolbenstange 25 in den axialen Richtungen bewegt. Der Kolben 21 der dargestellten Ausführungsform ist vom doppel wirksamen Typ, in welchem die Zylinderkammer 29 a und 29 b mit einer Druckquelle, wie zum Beispiel einer pneumatischen Pumpe P, durch einen an sich bekannten Drehschieber S 1 mittels Zylinderöffnungen 22 bzw. 23 verbunden sind. Wenn die hydraulische Verbindung zwischen der Zylinderkammer 29 a und der Luftpumpe P hergestellt ist, bewegt sich der Kolben 21 in Fig. 1 nach rechts und wenn die hydraulische Verbindung zwischen der Zylinderkammer 29 b und der Luftpumpe P hergestellt ist, bewegt sich der Kolben 21 in Fig. 1 nach links. Der Kolben 21 ist an seiner äußeren Oberfläche mit einem Magneten 26 versehen, der Detektoren 28 a und 28 b anspricht, die zum Beispiel aus Schwingfederschaltern 50 a und 50 b bestehen, die wie gut bekannt ist durch die magnetische Kraft angeschaltet werden.

Wenn nämlich der Magnet 26 sich in der Nähe des Schwing federschalters 50 a befindet, wird derselbe auf "An" geschaltet und wenn der Magnet 26 sich in der Nähe des Schwingfeder schalters 50 b befindet, wird dieser auf "An" geschaltet.

Der Detektor 28 a stellt fest, daß die Öffnung 11 der Meß kammer 10 geschlossen ist, d. h. eine geschlossene Position der Ventileinrichtung 20, und der Detektor 28 b stellt fest, daß die Öffnung 11 offen ist, d. h. eine offene Position der Ventileinrichtung 20. Vorzugsweise ist der Magnet 26 ein Gummimagnet, so daß er auch als ein Abdichtglied des Kolbens 21 dient. Das Bezugszeichen 27 zeigt ein zusätz liches Abdichtteil, wie zum Beispiel einen O-Ring.

Eine Hauptzylindereinrichtung 30 hat einen Zylinder 39, in welchem sich ein Kolben 31 mit einer Kolbenstange 35 in Fig. 1 aufwärts und abwärts bewegt. Die Kolbenstange 35 ragt zum Ändern des effektiven Volumens des in der Meßkammer 10 enthaltenen flüssigen Materials in die Meßkammer 10 hinein. Die Zylindereinrichtung 30 ist ähnlich aufgebaut wie die Hydraulikzylindereinrichtung der Ventileinrichtung 20. Der Zylinder 39 bildet nämlich zwei Zylinderkammern 39 a und 39 b, welche durch einen zweiten Drehschieber S 2 mittels Zylinderöffnungen 32 bzw. 33 mit der Luftpumpe P verbunden sind. Das Bezugs zeichen 34 beziffert eine Abflußöffnung. Der doppelwirkende Kolben 31 hat an seiner äußeren Oberfläche einen Magneten 36, der vorzugsweise ein Gummimagnet ist. Der Kolben 31 wird durch ein Abdicht teil 37, wie zum Beispiel einen O-Ring, abgedichtet.

Die Position des Magneten 36, d. h. die Position des Kolbens 31 kann durch Detektoren 38 a und 38 b nachgewiesen werden, welche in Antwort mit dem Verschieben des Magneten 36 ansprechen und welche in derselben Art wie die oben erwähnten Detektoren 28 a und 28 b gebildet sind.

Eine Hilfshydraulikzylindereinrichtung 40 befindet sich hinter, d. h. unter der Haupthydraulikzylindereinrichtung 30 in Fig. 1, um die zurückgezogene Stellung des Kolbens 31 der Hauptzylindereinrichtung 30 zu begrenzen. In der darge stellten Ausführungsform hat die Hilfszylindereinrichtung 40 einen oberen Zylinder 46, welcher mit dem Zylinder 39 ver bunden ist und einen unteren Zylinder 47, der mittels eines zwischenliegenden Zylinders 49 zu dem oberen Zylinder 46 ab gesichert ist. Ein Kolben 45 bewegt sich in Fig. 1 in einem Zylinderzwischenraum, der durch die Zylinder 46, 47 und 49 gebildet wird, hinauf und herunter. Der Kolben 45 ist ein einfachwirkender Kolben, so daß er wahlweise eine obere Position besetzt, in welcher der Kolben 45 mit dem auch als ein oberer Stop des Kolbens 45 dienenden oberen Zylinder 46 in Kontakt kommt und eine untere Position, in welcher der Kolben 45 mit dem auch als unterer Stop des Kolbens 45 dienenden unteren Zylinder 47 in Kontakt kommt. Eine durch und in den unteren und zwischenliegenden Zylindern 47 und 49 gebildete Zylinderkammer 49 a ist durch einen dritten Drehschieber S 3 mittels einer Zylinderöffnung 41 mit der Luftpumpe P verbunden. Der Hilfskolben 45 wird in die obere Stellung gebracht, wenn die Zylinderkammer 49 a mit der Luftpumpe P in Verbindung steht.

Der Hauptkolben 31 befindet sich in einer oberen Stellung, in welcher die Kolbenstange 35 in der Meßkammer 10 zu ihrer höchsten Stellung kommt in Fig. 1, bevor die Meßoperation ausgeführt wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn eine Messung durchgeführt wird, wird die Hauptzylindereinrichtung 30 angesprochen, so daß deren Kolbenstange 35 in eine niedrigere Stellung 35′, wie in Fig. 2 gezeigt, kommt; daraus resultiert das Schaffen eines Vakuums in der Meßkammer 10. Danach wird das Prüfen des flüssigen Materials durchgeführt. D. h. das flüssige Material M, z. B. Polyurethanharz in dem Tank T wird durch den Einströmschlitz 9, die Einströmbohrung 13 und die Öffnung 11 durch das Betätigen der Ventileinrichtung 20 in die nun unter Vakuum gehaltene Meßkammer eingeleitet, so daß die Kolbenstange 25 der Ventileinrichtung 20 sich in Fig. 1 nach rechts bewegt, um die offene Stellung der Ventileinrichtung 20, wie in Fig. 3 gezeigt, zu besetzen. Das Einleiten des flüssigen Materials M in die Meßkammer 10 findent entsprechend einer großen Druckdifferenz zwischen dem Tank T und der luftleeren Meßkammer 10 sehr schnell statt, so daß das in der Lösung gelöste und verflüssigte Gas vollständig vergast werden kann. Alternativ ist es auch möglich, die Kolbenstange 35 des Hauptkolbens 31 mit einer höheren Geschwindigkeit als die Fließgeschwindigkeit des flüssigen Materials M in die Meßkammer 10 zurück zuziehen, um das flüssige Material M in die Meßkammer 10 einzuleiten, während die Hauptzylindereinrichtung 30 betätigt wird, ohne im voraus die Kolbenstange 35 in die niedrigere Stellung 35′ früher als die Einleitung des flüssigen Materials M zu bringen.

Wenn die Meßkammer 10 mit dem flüssigen Material M gefüllt ist, arbeitet die Ventileinrichtung 20, so daß sich die Kolbenstange 25 der Ventileinrichtung 20 vorwärts bewegt, d. h. in Fig. 1 nach links, um die Öffnung 11 der Meßkammer 10 zu schließen. So ist das flüssige Material M in der Meßkammer 10 eingeschlossen. Die Bewegung der Kolbenstange 25 zu der geschlossenen Ventilstellung kann durch den Detektor 28 a nachgewiesen werden. Weiterhin wird das Wirken der Ventileinrichtung, d. h. die Bewegung des Kolbens 21 als Antwort auf das Ausgangssignal des Detektors 38 b eingeleitet, welcher die niedrigere Stellung des Haupt kolbens 31 nachweist.

Dann wird eine erste Messung durchgeführt, um den gegen wärtigen Druck P 1 des in der Meßkammer 10 eingeschlossenen flüssigen Materials M mittels eines an sich bekannten und hydraulisch mit der Meßkammer 10, wie in Fig. 4 gezeigt, verbundenen Manometers zu messen.

Danach wird wie in Fig. 5 gezeigt die zweite Messung durch geführt. Die Kolbenstange 35 wird nämlich um einen geringen Abstand durch die Hilfszylindereinrichtung 40 bewegt. Die untere Stellung des Kolbens 31 der Hauptzylindereinrichtung 30 wird durch den Hilfskolben 45 wie vorher erwähnt, begrenzt und entsprechend verursacht die axiale Bewegung des Hilfs kolbens 45 die axiale Bewegung des Hauptkolbens 31. In Fig. 5 wird der Hilfskolben 45, der sich anfangs in der oberen Stellung befindet, hinabbewegt; er wird nämlich zurückge zogen, um den Hauptkolben 31 geringfügig wie in Fig. 5 gezeigt, hinabzubewegen. Die Abwärtsbewegung, d. h. das Zurückziehen des Hilfskolbens 45 findet statt, wenn der hydraulische Druck der Zylinderkammer 49 a abgelassen wird. Andererseits wird, wenn der Hilfskolben 45 anfangs die niedrigere Stellung, also die zurückgezogene Position einnimmt, der Hilfskolben 45 vorwärtsbewegt, d. h. aufwärts, indem der hydraulische Druck, also Luft in die Zylinderkammer 49 a einge lassen wird, um eine geringfügige axiale Verschiebung des Hauptkolbens 31 zu bewirken. Nachdem die geringe axiale Bewegung des Hauptkolbens 31, welche ein unterschiedliches Volumen der Meßkammer 10 verursacht, eintritt, wird der Druck P 2 in der Meßkammer 10 durch das Manometer 15 gemessen. Die Menge A (%) des in dem flüssigen Material M enthaltenen Gases kann durch die folgende Gleichung, die vom Boyle′schen Gesetz abgeleitet wurde, erhalten werden:

darin ist L (10^-2 m) die axiale Verschiebung des Haupt kolbens 31 zwischen den Stellungen, die in Fig. 4 und 5 gezeigt sind, d. h. die axiale Verschiebung des Hilfskolbens 45,
D (10^-4 m) ein Schnittbereich der Hauptzylinderkammer 39 a und
V (10^-6 m³) das Volumen der Meßkammer 10 bei der niedrigeren Stellung 35′ der Hauptkolbenstange 35.

Die experimentellen Meßwerte gemäß der vorliegenden Erfindung sind in Fig. 6 gezeigt.

In Fig. 6 stellt die Ordinate der Menge A (%) von in Flüssig keit enthaltenem Gas dar, die mittels einer Meßmethode gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen wurde und die Abszisse eine vorher bekannte wahre Menge von in Flüssigkeit ent haltenem Gas (%).

Wie aus Fig. 6 ersehen werden kann, haben die Meßwerte und die tatsächliche Menge an Gas, also der wahre Wert, eine im wesentlichen proportionale Beziehung und im wesentlichen gleiche Werte.

Fig. 7 zeigt Meßwerte gemäß früher bekannter Verfahren. Man kann leicht anhand von Fig. 7 erkennen, daß, wenn die Menge von Gas weniger als 20% beträgt, die Meßwerte weit von den wahren Werten abweichen und kleiner sind als diese, wenn sie gemäß dem von früher bekannten Verfahren erhalten wurden.

Wie anhand der oben erfolgten Darlegungen verstanden werden kann, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Meßkammer während dem Prüfen des flüssigen Materials luftleer gehalten und entsprechend können genaue Gasmeßbedingungen hergestellt werden. Weiterhin kann das gelöste oder verflüssigte Gas im wesentlichen vollständig vergast werden, wenn das flüssige Material in die Meßkammer gemäß des Druckunter schieds mit sehr hoher Geschwindigkeit eingeleitet wird und entsprechend kann die im flüssigen Material enthaltene Gasmenge fehlerfrei gemesen werden.

Im Speziellen findet die Vergasung des gelösten oder verflüssigten Gases in derselben Verfahrensstufe, dem Einleiten des flüssigen Materials in die Meßkammer, statt, woraus sich ein einfaches und effektives Meßverfahren ergibt.

Das exakte Messen der in Flüssigkeit enthaltenen Gasmenge trägt zu einer präzisen Kontrolle der Gasmenge, die im flüssigen Material enthalten sein soll, bei.

Claims

1. Verfahren zur Messung der in flüssigem Material ent haltenen Gasmenge, dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende flüssige Material in eine Vakuummeßkammer eingeleitet wird, um dasselbe darin ein zuschließen, daß das Volumen der Meßkammer zur Herstellung von zwei verschiedenen Volumensbedingungen geändert wird, um zwei verschiedene Flüssigkeitsdrucke des flüssigen Materials in der Meßkammer vorzusehen und daß die verschiedenen Drücke nachgewiesen werden, um die in dem flüssigen Material enthaltene Gasmenge zu messen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Meßkammer vor dem Einleiten des flüssigen Materials in die Meßkammer luftleer gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Vakuum der Meßkammer während dem Einleiten des flüssigen Materials in die Meß kammer hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verfahrensstufe des Drucknachweises das Messen des Drucks des flüssigen Materials, das in die Meßkammer eingeleitet wird und dann das Messen des Drucks des flüssigen Materials in der Meß kammer, nachdem das Volumen der Meßkammer geändert wurde, enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verfahrensstufe der Volumensänderung ein Abnehmen des Volumens der Meßkammer enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichet, daß die Verfahrensstufe der Volumensänderung ein Anwachsen des Volumens der Meßkammer enthält.