用于计量流体的测量装置和通过这种测量装置进行计量的方法与流程

用于计量流体的测量装置和通过这种测量装置进行计量的方法
1.本发明涉及一种用于计量流体的测量装置，该测量装置具有其中存储有流体的容器、与容器流体连接的流体入口，能够与计量位置流体连接的流体出口、计量管路，流体入口通过该计量管路与流体出口连接，并且在该计量管路中布置有输送泵、密度传感器和流量计，该测量装置还具有在流量计下游从计量管路分支出并且通入容器中的回流管路，本发明还涉及一种通过这种测量装置进行计量的方法。
2.这种测量装置例如可以用于在内燃机试验台上进行油耗测量，其中，可以对汽车领域的发动机以及大型发动机进行油耗测量。这些测量装置所面临的挑战是，必须能够以大约1克的精度测量大约10克的待补充计量的油量，并且另一方面应当能够以1％的测量不可靠性填充整个油底壳，这对于例如试验台准备或者油底壳校准程序是必要的。在存在振动的情况下，也必须保持所需的精度。
3.由ep 1 729 100 a1已知一种用于测量流体消耗量的装置。该装置包括连续地工作的流量传感器、压力调节器和输送泵，它们布置在计量管路中，该装置还包括用于将流体导引回容器的回流管路，以及处理装置，其具有至少一个热交换器，该热交换器用于产生流体的平均温度和稳定计量回路中的能量。然而设备方面的耗费相对较高，因此需要大量的位置空间。这尤其是不期望的，因为为了避免由于流量传感器和内燃机之间的温度梯度造成的测量误差，该装置必须紧邻发动机布置，否则会由于位于计量管路中的流体的热膨胀而造成计量误差。这些计量误差主要在不同环境温度中发生在测量装置或容器、尤其是油箱和计量位置或者消耗器件处。
4.因此，所提出的技术问题在于提供一种用于计量流体的测量装置以及相应的方法，通过该测量装置和方法能够以高的精确性测量少量的补充计量的流体和大量的具有高流量的流体。在此应当使计量位置附近的位置空间需求最小化。此外期望的是，在较长的停歇时间或环境温度变化时也能保持测量的准确性。尽管如此，还应当降低制造成本。
5.所述技术问题通过具有独立权利要求1的特征的用于计量流体的测量装置解决。
6.该测量装置具有容器，在该容器中存储有流体、例如油。流体入口与容器连接，而流体出口能够与计量位置流体连接，该计量位置可以是消耗器件、例如内燃机，然而也可以是油底壳。计量管路位于流体入口和流体出口之间，在该计量管路中布置有输送泵、密度传感器和流量计。回流管路从流量计下游的计量管路分支出并且通入容器中，从而流体可以在各个测量之间在回路中导引。按照本发明，流量计布置在测量单元壳体中。
7.该测量单元壳体与泵单元壳体间隔距离地布置，该距离可以是几米，至少输送泵布置在所述泵单元壳体中。泵单元壳体与测量单元壳体通过计量管路的连接区段可拆卸地相互连接，从而流体能够通过该连接区段从泵单元壳体流入测量单元壳体中。因此，可以使计量位置处的位置空间需求最小化，并且尽管如此仍然确保所测量的质量流相当于实际向计量位置输入的质量流，因为通过这种靠近的布置能够以相同的温度和相同的流体密度为前提。根据待进行的测量可能具有大的位置空间需求的容器和泵单元壳体可以相应地放置在其它空间或者与测量单元壳体间隔距离的任何位置上。作为流量计可以使用科里奥利流
量计，但由于其横截面较小而产生较大的压力损耗，因此对于高黏度的流体大多由容积式位移计数器取代科里奥利流量计，在使用容积式位移计数器时必须测量温度和密度以换算为质量流。
8.所述技术问题还通过一种方法来解决，在该方法中，在计量之前，流体通过回流管路在回路中导引，其中，在容器的下部区域中取出流体并且在容器的上部区域中引回流体。通过这种冲洗过程实现了整个回路中的温度平衡。这导致流体的温度在测量期间的随时间的变化被大大降低，由此消除了和/或至少减缓和最小化了可能导致测量误差的由于温度变化造成的密度变化。因此，在后续的测量期间温度的变化仅非常缓慢地发生。
9.密度传感器优选在泵单元壳体中布置在计量管路中的输送泵的下游。该密度传感器尤其用于将体积流换算为质量流。在密度计被布置在泵单元壳体中时，借助取决于流体的已知热膨胀系数将由密度计测量的基本密度换算为流量计处的实际的介质密度，那里的温度为此必须是已知的。
10.此外有利的是，在输送泵壳体中在计量管路中的输送泵上游布置有过滤器，该过滤器用于从流体中过滤掉污染物，并且通过该过滤器避免对密度传感器、流量计或者输送泵的损坏。
11.在已知优选的实施方式中，在测量单元壳体中在计量管路中的流量计上游布置有止回阀，通过该止回阀防止流体通过流量计回流，该回流可能导致测量误差。
12.此外，在测量单元壳体中，在计量管路中的流量计的下游紧邻地布置有温度传感器。温度传感器用于在将体积流换算为质量流时计算流体的正确密度。节流阀同样布置在流量计的下游并且保护流量计免受过大的压力差造成的损坏或者功能故障，该压力差被节流阀限制在允许的数值内。
13.在流体出口前附加地布置有截止阀，其中，流体出口和截止阀之间的管路应当设计得尽可能短。截止阀在流过回流管路时和在各个测量之间关闭，以便能够将测量单元与计量位置分开。
14.此外应当在回流管路中布置流体回流阀，以便能够在测量期间锁闭回流管路。
15.在测量单元壳体中的计量管路上优选布置有差压传感器，该差压传感器测量通过流量计的差压。借助差压传感器确保流量计中的压力损耗不会过大。根据差压传感器的数据可以在压力差过大可以对节流阀进行相应的再调节。此外，在以不同的流量率校准流量计时，差压传感器也可以用于检测流量计处的相应的差压，所述差压取决于测量介质的黏度。如果以多种不同黏度的介质重复进行这种校准，则在测量过程中(尤其是在使用容积式位移计数器时)，在测量介质的黏度发生可能的变化时可以通过将这种校准数据包括在内提高测量精度。
16.可以有利地通过锁闭元件绕过泵单元壳体中的密度传感器。由此可以从测量回路中消除在密度传感器处发生的不期望的高的压力损失，该压力损失尤其可能在测量高黏度的流体时出现。
17.也可能有利的是，可以通过比例阀绕过输送泵，因为以此方式能够通过改变该旁路管路中的流动阻力调节计量管路中的输送流量。这主要是为了在批量计量结束前减少体积流量，并且由此能够调整准确的计量量。
18.此外有利的是，可以通过安全阀绕过输送泵。该安全阀用于保护后续的部件和软
管管路免受过高压力的影响。
19.回流管路优选在流量计下游大地测量学地从计量管路向上分支出。在计量开始时位于流量计和回流管路的分支之间的气泡由于密度较低而沿着回流管路的方向向上排出，而不是沿着计量位置的方向输送，气泡在那里会导致较大的测量误差。在随后的冲洗过程中，这些气泡被可靠地向容器排出。
20.在另一优选的实施方式中，计量管路在流量计后沿着下降的方向延伸，从而气泡也从计量管路的该区域排出至回流管路中并且避免错误的测量。
21.特别优选的是，计量管路从流体出口处上升地延伸，其中，截止阀和节流阀布置在计量管路的上升地延伸的区段中。由此可以可靠地将气泡从回流管路的分支和流体出口之间的整个区域中排出。
22.在本发明的扩展设计中，计量管路从流体出口连续上升地延伸至回流管路中直至流体回流阀。通过这种连续的构造确保了所存在的气泡实际到达回流管路中，并且因此能够在冲洗过程中从系统中被去除。
23.计量管路的连续地上升的区段优选由热传导系数为30w/mk以上的材料制造，并且是绝热的。由于在计量管路处的这种良好的热传导并且同时与外界隔绝，系统中的流体的热量在冲洗过程中也被传递到布置有节流阀和截止阀的未冲洗的区域中。由此能够消除或者至少显著减少计量管路的该部分和其余计量管路之间的可能导致测量误差的温度差。
24.在一种优选的实施方式中，该流量计是科里奥利流量计或者容积式位移计数器。通过科里奥利流量计可以直接地，不需要附加的计算步骤地确定质量流，然而科里奥利流量计尤其是在测量流体黏度较高情况下由于管路横截面狭窄而导致压力损耗增加。在这些情况下使用旋转位移计数器，其测量的体积流同样可以通过密度换算为质量流，并且同样提供精确的测量值。
25.节流阀有利地设计为插入计量管路中的套筒以缩小截面。一方面，这具有非常成本低廉的解决方案的优点，另一方面通过套筒提供了节流功能，以减少通过流量计的压力差，并且减小了流动横截面，由此实现了节流阀的区域中的温度迅速逼近计量管路的被冲洗的管路区段的温度。
26.在按照本发明的方法的一个优选的实施方式中，在计量之前，打开流体回流阀，并且关闭测量单元壳体中的计量管路中的截止阀。接着通过输送泵在回路中输送流体，直到流体在温度传感器处的温度大致恒定。这意味着，通过环流的流体使整个设备逼近流体的平均温度。接着关断输送泵并且关闭流体回流阀。接着打开截止阀以计量和测量质量流，从而输送泵将流体向计量位置输送，同时通过流量计测量质量流。
27.由此实现了一种用于计量流体的测量装置和通过这种测量装置计量流体的方法，以所述装置和方法通过系统中的温度补偿显著地减少由于系统中的温差引起的误差。尽管如此仍能够以低的构造空间需求将测量单元放置在计量位置附近，而具有流体的容器和泵单元可以与之相距更大距离地设置。由此在试验台处使位置空间需求最小化，并且避免了由于测量位置和计量位置之间的温度差而导致的测量误差。排除了由导引至计量位置的计量管路连同处于其中的流体造成的测量误差。由此以简单并且成本低廉的构造实现了非常精确的测量值。
28.附图中示出了按照本发明的用于计量流体的测量装置的实施例，并且在下文中对
按照本发明的相应方法进行描述。
29.图中示出了按照本发明的测量装置的流程图。
30.按照本发明的测量装置具有容器10，在该容器中存储有待计量的流体。该容器例如可以是向计量位置11提供油的油底壳，所述测量位置例如为试验台处的大型内燃机，其中，应当测量机油消耗量。
31.在容器10的下部区域中形成开口，该开口构成进入计量管路13中的流体入口12。计量管路13的该区段设计为软管管路，并且通过软管耦连装置14与泵单元壳体16连接，计量管路13在该泵单元壳体中延续。
32.在泵单元壳体16中，过滤器18布置在计量管路13中，通过该过滤器将固体从流体流中分离出来。该计量管路进一步导引至输送泵20，通过该输送泵将流体从容器10中输送出来并输送通过计量管路13。在所述实施例中，可以选择性地通过比例阀22或者安全阀24绕过输送泵20。安全阀24保护测量装置的管路、部件和耦连装置免受过高压力的影响，方式为安全阀24在压力过高时打开，由此使输送泵20的泵压力降低。备选地或者附加地布置在绕过输送泵20的其它旁路管路25中的比例阀22用于调节该旁路管路25中的流动截面并且由此调节该旁路管路中的流动阻力，由此能够改变计量管路13中的流量率，以例如能够通过在计量结束前缓慢地减少计量的质量流来调整精确的计量停止时间点。
33.同样在泵单元壳体16中，在计量管路13中布置有密度传感器26，通过该密度传感器测量流体的密度，以便将体积流换算为质量流。该密度取决于温度，因此必须根据体积流测量的区域中的温度将由密度传感器26测量的密度换算为体积流测量的区域内的实际密度。在密度传感器26的流动阻力过高以至于不能在计量管路13中实现期望的流量率的情况下，设置有绕过密度传感器26的旁路管路30，在该旁路管路30中布置有锁闭元件28，从而可以打开或关闭旁路管路30，其中，在打开旁路管路30时提高计量管路13中的流量和流向计量位置11的流量。
34.因此，输送泵20与过滤器18和密度传感器26以及所述的阀22、24、28和旁路管路25、30在所述实施例中构成泵单元32，该泵单元布置在泵单元壳体16中。在密度传感器26的下游，计量管路13首先在另一个设置于泵单元壳体16上的其它软管耦连装置14处通入。按照本发明，计量管路13的连接区段33固定在该其它软管耦连装置处，其中，任意其它的耦连装置在本发明的范畴中同样是可行的。该连接区段导引至其它软管耦连装置14，该其它软管耦连装置固定在测量单元壳体34上，从而泵单元壳体16和测量单元壳体34可以彼此间隔任意距离地布置。
35.计量管路13在测量单元壳体中相应地延续。在测量单元壳体34中的计量管路13中，止回阀36布置在流量计38的上游，该止回阀能够防止流体沿着相反的方向流过流量计38。根据现有的黏度，该流量计可以设计为科里奥利流量计或者容积式位移计数器、例如齿轮计数器、椭圆齿轮计数器或者螺杆计数器。
36.在绕过流量计38的压力管路41中可以布置差压传感器40，通过该差压传感器能够相应地确定通过流量计38的压降，这尤其在流量计为在运行期间压降不能超过规定值的流量计时是有利的。在这种情况下，在测量单元壳体34中的流量计38的下游布置有能调节的节流阀44，通过该节流阀可以根据差压传感器40的测量值调节通过流量计38的压降。
37.此外，温度传感器42与流量计38紧邻地布置，通过该温度传感器测量流体温度，流
体温度被用于估计在整个测量装置中是否存在大致均匀的温度分布，并且为了能够进行密度校正以计算出质量流。
38.在节流阀44的下游，在计量管路13中还在流体出口48前布置有截止阀46，通过该截止阀建立与计量位置的连接。截止阀46用于可以将测量装置与计量位置11流体分离。
39.回流管路50在流量计38和节流阀44之间从计量管路13分支出，在该回流管路中布置有流体回流阀52，该流体回流阀52设计为切换阀，从而使回流管路50可以开通或者关闭。回流管路50通过测量单元壳体34和泵单元壳体16之间的连接区段54导引入泵单元壳体中，并且在泵单元壳体下游通入容器10的上部区域中。泵单元壳体16和测量单元壳体34内部和外部的各个单独的管路区段的连接再一次通过软管耦连装置14实现，其中，在此也可以考虑管路区段的任意其它的连接。
40.在所述实施例中，流量计38连同其压力管路41、止回阀36、节流阀44、截止阀46、流体回流阀52和温度传感器42构成测量单元56，该测量单元布置在共同的测量单元壳体34中，并且该测量单元需要的构造空间较小并且可以与计量位置11紧邻地布置。
41.计量管路13的位于流入部下游的区段49从流体出口48连续上升地延伸通过截止阀46并且通过节流阀44直至进入侧向单元壳体34中的回流管路50中。该区段49也应当尽可能靠近流量计38地放置。这用于确保使流量计38和流体出口48之间的气泡上升到回流管路50中并因此不会到达计量位置11，因为到达计量位置将导致测量结果出错，原因是如果气泡没有被排出，这些气泡将被作为填充的管路区段在流量计38处被共同测量。
42.按照本发明，在每次计量之前首先进行冲洗过程。为此关闭截止阀46并且打开流体回流阀52。接着，通过给输送泵20通电，经由计量管路13和回流管路50在回路中将流体从容器输送出来并且通过泵单元32和测量单元56输送回容器10中，由此首先将气泡从流体回流阀52上游的回流管路50的区段输送至容器10中并因此不再会使测量结果出错。此外，这该输送方式还实现了计量管路13、容器10和回流管路50的不同区段之间的温度平衡，因为通过在容器10上部区域中进行输入并且在容器10下部区域中进行排出并且通过所有管路区段的均匀的流通形成了平均温度，该平均温度与容器10与泵单元32的距离以及泵单元32与测量单元56的距离无关，并且可以由温度传感器42测量，因此，在期望时，只有在温度差在规定的时间段内在预设的区间内移动时才开始进行计量。一旦符合这种情况，则首先关断输送泵20，并且关闭流体回流阀52。为了开始计量过程，重新接通输送泵20并且打开截止阀46，从而流体从容器10通过输送泵20和流量计38向流体出口输送并且因此向计量位置输送。由此确保了整个质量流仅通过计量管路13实现。在运行时，流量计38测量导引通过流量计并且因此输入计量位置11的质量流或者体积流，该体积流可以借助所确定的密度换算为质量流。
43.流体的温度在此基本上保持恒定，从而可以实现非常精确的测量结果。也避免了由于流量计38和计量位置11之间的距离和可能与之相关的温差所导致的错误，因为测量单元56可以与计量位置11紧邻地布置而不增大位置空间需求，原因是泵单元32和容器10可以与测量单元56间隔几米的距离地布置，因为测量装置被分为不同的单元，这些单元仅通过可拆卸的管路相互连接。通过这种测量装置既可以非常精确地确定大的计量量也可以非常精确地确定小的计量量。即使停歇时间较长或者环境温度改变也能保持测量精度。尽管如此，这种构造仍是非常成本低廉的，因为所需的构件较少。因此例如可以省去用于建立温度
平衡的热交换器。此外，可以可靠地避免由于计量管路中的气泡而导致的测量误差。
44.应当清楚的是，独立权利要求的保护范围不被局限于所述实施例。所有由虚线示出的构件仅可选地存在。密度传感器也可以布置在任何位置上，或者布置在附加的旁路管路中。回流管路也可以在泵单元壳体外导引并因此将容器直接与测量单元连接。可以使用通过插入式的套筒实现的横截面缩小代替可调节的节流阀，以减少流量计处的压力差。必要时、尤其是对于容积式位移计数器的情况同样可以舍弃节流阀。