DD216793A5

DD216793A5 - Anordnung und verfahren zum messen eines fluessigkeitspegels

Info

Publication number: DD216793A5
Application number: DD83258937A
Authority: DD
Inventors: Graham P Sealey; Andrew C Corney
Original assignee: Tru Test Distributors Ltd
Priority date: 1982-12-31
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1984-12-19
Also published as: HU189801B; IT8349591A0; IE54949B1; NZ201498A; DE3347606A1; CA1208453A; DE3347606C2; FI74540C; IE833058L; NL8304488A; FR2538900B1; NO159420C; GB2134264A; DK608783D0; FI74540B; SE8307204L; ZA839692B; FI834873A0; FI834873A; AU567529B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Messen des Pegels einer elektrisch leitenden Fluessigkeit (11), welche vorzugsweise in einem entsprechenden Behaelter (1) untergebrachte Milch ist. Es sind zumindest zwei, im Abstand voneinander angeordnete Elektroden (2, 3) und eine laengliche Wicklungsspule (4) vorgesehen, welche zumindest teilweise in die elektrisch leitende Fluessigkeit (11) eingetaucht sind. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, damit ein elektrischer Strom ueber die elektrisch leitende Fluessigkeit durch die und zwischen den beiden Elektroden (2, 3) fliesst. Hierdurch wird ein elektromagnetisches Feld (10) um die erste Elektrode (2) erzeugt, welches dann von der Wicklungsspule (4) aufgenommen und in dieser induziert wird. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, um das elektromagnetische Feld (10) in eine im wesentlichen lineare Funktion des Pegels der elektrisch leitenden Fluessigkeit (11) umzuwandeln und zu lesen.

Description

Anordnung und Verfahren zum Messen eines Flüssigkeitspegels '

Anwendungsgebiet der Erfindung * . Die Erfindung' betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Messen eines Flüssigkeitspegels. Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich zum Messen von Pegeln von .elektrisch leitenden Flüssigkeiten, wie Milch ' anwendbar. Darüber hinaus kann sie jedoch auch zum Messen ¹^ aller elektrisch leitender Flüssigkeiten verwendet werden . ' ' Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bis jetzt ist eine Anzahl mechanisch passiver Anordnungen und' Verfahren' zum Messenvon Flüssigkeitspegeln verwendet

^v ' ' '

und vorgeschlagen worden, wie beispielsweise kapazitive Fühler, die relative Leitfähigkeit, sogenannte Inkremehtalfühler mit Mehrfachelektrodenanordnungen, ültraschallre-. flexions- und Hohlraumresonanzverfähren u.a. Bei der Messung der Pegel von Flüssigkeiten, wie beispielsweise '

von Milch/Wird ein genaues und verhältnismäßig wenig energieverbrauchendes System zum Messen des Milchpegels vorzugsweise in einem Behälter gefordert. Beispielsweise ist ein Meßbehälter oder eine Meßkammer, welchen ein

Milchmeßgerät zugeordnet ist, in der US-PS -3 349 617

. . beschrieben. Das Messen solcher Milch wird in Verbindung: . mit einer Probenentnahme gefordert', wie sie bei Melkvorgängen, an Melkstellen, in .Molkereien u.a. erforderlich sind.

'Bis jetzt hat keine der verwendeten und bekanntgewordenen Anordnungen und Verfahren zufriedengestellt,sowie angemessen und erfolgversprechend gearbeitet, um eine wirksame Messung von Flüssigkeiten, wie beispielsweise Milch,zu ermöglichen. Beispielsweise ergeben sich bei Anordnungen mit kapazitiven Fühlern Schwierigkeiten bezüglich der Hygiene' und der Sauberhaltung, so daß eine zunehmende Verschmutzung oder eine Ablagerung an dem dielektrischen Material der Fühler

bei einer ständigen oder stärkeren Benutzung größer werdende Meßfehler zur Folge haben. Bei dem vorgeschlagenen,, die relative Leitfähigkeit ausnutzenden System hat sich, obwohl es für eine Messung mit.einer beschränkten Genauigkeit geeignet ist, gezeigt,.daß es durch Veränderungen in der Leitfähigkeit einer Flüssigkeit stark beeinflußt wird, (wie im allgemeinen der Umgang mit Flüssigkeiten, wie Milch', gezeigt hat) . Eine Anordnung mit einem sogenann-. ten Inkrementfühler mit Mehrfachelektroden hat sich bei einigen ' Flüssigkeiten als zufriedenstellend erwiesen; jedoch ergeben sich im 'Laufe der Zeit bei organischen Flüssigkeiten, wie Milch, aufgrund der Schwierigkeit,- die Elektroden , sauber zu halten, zunehmend Meßfehler. Bei den Ultraschallr.ef lexions-. und Hohlraumresonanzverfahren hat sich gezeigt, '1,5 daß sie. wegen der verhältnismäßig hohen Energieariforderun-'geh und einer im allgemeinen verhältnismäßig großen Abmessung nicht geeignet sind. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Meßanordnungen und -verfahren an

Melkstellen, Molkereien u.a. zu verwenden sind, wo gefor- ' ' dert wird,' die Kosten, den Energieverbrauchs sowie die . Größe der Anlage.' und einzelner Teile auf ein Minimum

zu beschränken. .

. Darlegung des Wesens der Erfindung , ' Gemäß der Erfindung soll daher eine Anordnung und ein Verfähren zum Messen von Flüssigkeitspegeln geschaffen werden, bei welchen die vorstehend angeführten Schwierigkeiten zumindest weitgehend beseitigt sind. Darüber hinaus soll gemäß der Erfindung eine wirksame und unkomplizierte Meßanordnung sowie ein entsprechendes Verfahren geschaffen :

„ werden, die in· Verbindung mit Flüssigkeiten anwendbar sind. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Anordnung und einem Verfahren zum Messen eines.Flüssigkeitspegels durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1bzw. ^; des Anspruchs 5 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind

^5 'in,den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

~ ti, ii;i,';

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Anordnung zum Messen eines Flüssigkeitspegels geschaffen, beiweicher zumindest erste und zweite, im Abstand voneinander angeordnete Elektroden und zumindest eine längliche Wick-, '· .lungsspule vorgesehen sind, die Elektroden und die Wick-

lungsspule zumindest teilweise in eine elektrisch leitende Flüssigkeit eingetaucht sind, Einrichtungen vorgesehen, damit ein Strom über die elektrisch leitende Flüssigkeit durch die und zwischen den beiden Elektroden fließt, um so ein, elektromagnetisches Feld zumindest, um die erste Elektrode zu erzeugen, die längliche Wicklungsspule so . geformt ist, daß das elektromagnetische Feld von der Wicklungsspule aufgenommen und in dieser induziert wird, und bei welcher Einrichtungen vorgesehen sind, um das elektromagnetische Feld in eine im wesentlichen lineare Funktion der elektrisch leitenden Flüssigkeit umzuwandeln.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen eines Flüssigkeitspegels geschaffen, bei welchem zumindest erste und zweite Elektroden und zumindest eine längliche Wicklungsspule, zumindest teilweise in eine elektrisch leitende Flüssigkeit 'eingetaucht werden, ein elektrischer Strom über die Flüssig-^ 'keit durch die beiden Elektroden fließt, um so ein elektromagnetisches Feld zumindest um die erste Elektrode herum zu erzeugen und um so das elektromagnetische Feld in der Wicklungsspule zu erzeugen, und das elektromagnetische Feld in eine im wesentlichen lineare Funktion der elektrisch leitenden Flüssigkeit umgewandelt wird.

. -,.-, .....

AusXunrungsbeisOieI

•Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Äusführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Flüssigkeitsbehälters mit der Meßanordnung gemäß der Erfindung,

- 7 -

.1 ; Fig. 2 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A S ' iri Fig. 1 ;

Fig.' 3 . eine Darstellung einer Wicklungsspule gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 . . · ' eine Darstellung einer- Wandlereinheit mit

den Elektroden und der Wicklungsspule gemäß' ·... , . der Erfindung, und ,

" . .. .

Fig. 5 . ein schematisches Flußdiagramm der Arbeits-¹ weise einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der anliegenden Zeichnungen beschrieben; hierbei wird die Erfindung nur bei- . . · spielsweise bezüglich des Messens einer Flüssigkeit in ' einem Behälter, nämlich .-des Messens .von Milch in einem Meß- ; behälter beschrieben. Dies ist jedoch nur ein Beispiel,

\und die Erfindung ist genauso gut zum Messen anderer Flüssigkeiten (und sogar von Flüssigkeiten, die sich nicht notwendigerweise in einem Behälter befinden) anwendbar.

Die erfindungsgemäße Meßanordnung betrifft das Messen von Milch in einem Behälter, dem ein entsprechendes Milchmeßgerät zugeordnet ist, oder^in irgendeiner anderen Anordnung,'" . von welcher Milch in den Behälter geleitet wird. Die Erfindung ist insbesondere dort vorteilhaft, wo eine abgemessene Milchprobe erhalten werden soll, wie beispielsweise bei . einer überprüfung oder einer Kontrolle. Dies wird bei- ;

spielsweise in vielen Ländern gefordert, so beispielsweise in Neuseeland, in den Vereinigten Staaten,von Amerika, und in vielen Ländern Europas. Beispielsweise 'kann die Erfindung

' auch in Verbindung mit einem Milchmeßgerät verwendet werden, wie es in der US-PS 3 349 617 beschrieben ist. <

Ein Behälter oder eine .Kammer 1 ist''vorzugsweise eine

längliche bzw. eine langgestreckte Kammer, die aus einem entsprechend isolierenden Material, wie beispielsweise einem Kunststoffmäterial gebildet ist. Der Behälter ist vorzugsweise- an seinem unteren Ende geschlossen und langgestreckt ausgebildet. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, um für eine Messung eine bestimmte Milchmenge in den Behälter zu leiten. Wie in den Figuren , dargestellt, erstrekken sich zumindest zwei im Abstand voneinander angeordnete, • langgestreckte erste und zweite Elektroden 2,3 in den Behälter 1,und sie erstrecken sich vorzugsweise im wesentlichen über dessen Länge. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsfornu der Erfindung sind die Elektroden 2 und 3·· im wesentlichen parallel zueinander, obwohl dies nicht wesentlich ist. Zur Erleichterung der Anordnung sind die Elektroden 2,3 (und die noch zu beschreibende Wicklungsspule) .vorzugsweise in einer Wandlereinheit 8 zusammengefaßt, die an ihrem oberen und unteren Ende mit Endteilen , 8a versehen ist, durch welche die beiden Elektroden sicher in der richtigen Lage zueinander gehalten sind; somit sind sie dann auch sicher in dem Behälter angeordnet.

Die Elektroden 2 und 3 sind vorzugsweise aus einem ent-, . sprechenden Material hergestellt, wie beispielsweise aus

rostfreiem Stahl, was in Molkereibetrieben und insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn eine Flüssigkeit, wie Milch,zu ·, messen'ist. Elektroden aus rostfreiem Stahl können in angemessener Weise sauber behalten werden, was natürlich sehr wichtig und vorteilhaft ist, wenn^:die erfindungsgemäße

Anordnung in Verbindung mit einer auf Bauernhöfen verwende-. . .

ten Melkanlage und in Milchverarbeitungsbetfieben zum Messen von Milch verwendet wird.

Die erste längliche Elektrode 2 hat die Form eines Rohrs oder eines Stabs. Die zweite, im Abstand davon angeordnete

Elektrode 3 kann eine beliebige Form und Ausführung haben; in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat sie

' -. - 9 -

1« eine langgestreckte rohrartige Form mit einem im wesentlir ' chen quadratischen Querschmitt, wobei dies " jedoch nur eine .. beispielsweise Ausführung ist. In der bevorzugten Au-sführungsfofm der Erfindung ist die zweite Elektrode 3 im. wesentlichen hohl·,und in ihr ist eine längliche bzw. langgestreckte Wicklungsspule 4 untergebracht oder angeordnet.

'Die Wicklungsspule 4 ist in der bevorzugten Ausführungs- : .form der Erfindung in und bezüglich der zweiten Elektrode ,3 angeordnet. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß sie. der zweiten Elektrode zugeordnet ist..Dies hat sich,lediglich /hinsichtlich der Herstellung und des Betriebsverhaltens

, . als vorteilhaft erwiesen; jedoch kann die Wicklungsspule · 4 auch an irgendeiner bestimmten Stelle in dem Behälter .

vorgesehen sein, -solange die Spule 4 benachbart zu der ersten Elektrode 2 angeordnet ist, so daß die Wicklungsspule 4 ein entsprechendes, um die erste Elektrode ausgebildetes Magnetfeld aufnehmen und dies induziert . . haben" kann. Dies wird¹ jedoch später noch beschrieben. '

^.Obwohl die Erfindung so beschrieben ist, daß die _ Wicklungsspule 4 in der zweiten Elektrode 3 angeordnet ist, kann sie (4) auch getrennt von der ersten' und zweiten Elektrode 2 und.3 in einer speziellen oder herkömmlichen Weise angeordnet sein, solange die Wicklungsspule 4 nur benachbart zu der ersten Elektrode 2 angeordnet ist und eine Form, Lage und Anordnung hat, die ausreichend ist, um das um die erste Elektrode 2 erzeugte, elektromagnetische Feld

3-0'. so aufzunehmen, daß es zu einer Induktion kommt.

In der. vorliegenden Aüsführungsform der Erfindung ist die Wicklungsspule eine langgestreckte Spule, die eine oder mehrere langgestreckte. Längswicklungen 5 aufweist. Durch ,,Versuche hat sich ergeben, daß bei einer Spule mit einer oder mehreren .Längswickluhgen die Wicklungsspule besonders

al ji V A Γ\ Γι i .,. s .-ί ν.· ._

Ii

wirksam ein elektromagnetisches Feld aufnehmen kann und in ihr eine Induktion hervorgerufen wird, welche dann in ,eine lineare Funktion des Flüssigkeitspegels, in welchen sich die Elektroden 2 und 3 und die Spule 4 erstrecken, umge- '

wandelt werden können. , · .

Die Spule 4 kann eine Anzahl länglicher oder langgestreckter Längswicklungen 5 aufweisen, wie beispielsweise in Fig. 2 • und 3 dargestellt ist. Die Spule 4. kann .ferner eine Vielzahl länglicher Längswicklungen 5 aufweisen, .welche um "einen im wesentlichen "H"-förmigen Aufnahmekörper 6 gewickelt sind, wobei sich die Wicklungen um den Quersteg oder die flache Seite ,7 des Formkörpers erstrecken. Hierdurch weist dann eine Spule 4 eine Anzahl länglicher Längswicklungen 5 auf, die um den Formkörper verlaufen, wie beispielsweise in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. '

Die Wicklungsspule .4 kann dann in' der hohlen, langgestreckten zweiten Elektrode 3 untergebracht und in dieser ange- ^O ordnet werden, welche durch entsprechende Absperr- und Abdichtmaterialien und/oder mittels Endteilen 8a abge- ^ dichtet und wasserdicht gemacht ist, so daß dann auf diese Weise die Elektroden und die Wicklungsspule zu ,einer Wandlereinheit 8 zusammengefaßt sind. Wie aus Fig. 1.. und 3 zu ersehen, ist die Wicklungsspule 4, sobald sie in · -ι 'der zweiten Elektrode 3 in dem Behälter 1 angeordnet ist, in einer im wesentlichen vertikalen und aufrechten Ebene festgelegt. " '

Das obere Ende 2a der Elektrode 2 steht über die Endteile hinaus vor, so daß eine Wechselstromquelle angeschlossen werden kann. Die Endteile 8a, welche beispielsweise aus einem entsprechenden .Kunststoff- oder Isoliermaterial hergestellt sind, haben die verbleibenden Enden der abgedich-

teten oder darin gehaltenen Elektroden, wie beispielsweise

aus Fig. 4 zu ersehen ist. '

.Eine bekannte Einrichtung ist vorgesehen und mit der Wandlereinheit 8 sowie der Elektrode 2 verbunden, um einen Wechselstrom durch die erste Elektrode 2 zu leiten. Der Wechselstrom fließt dann durch die elektrisch leitende/ Milch und durch die zweite Elektrode 3. Der Wechselstrom erzeugt ein elektromagnetisches Feld 10 um und bezüglich der ersten Elektrode 2, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Das elektromagnetische Feld 10 ist im wesentlichen horizontal ausgerichtet oder liegt in einer horizontalen Ebene¹. Das um die erste Elektrode ,2 erzeugte, elektromagnetische Feld 10 wird dann von der Wicklung 4 aufgenommen und führt in dieser (4) zu einer Induktion, die dann durch eine bekannte Einrichtung in eine im we- sentlichen lineare Funktion der elektrisch leitenden Milch umgewandelt wird. . .

Bei einer Benutzung ist das in der Wicklung 4 induzierte elektromagnetische Feld 10 im wesentlichen proportional zu der Länge des Stromwegs, der von der benachbarten oberen Seite der Wicklungsspule 4 bis zu-einer Stelle gemessen worden ist, der nach unten im wesentlichen halbwegs die Länge der in·die Flüssigkeit eingetauchten Wicklungsspule 4 ist. In der vorliegenden Ausführungsförm ist dies die Wicklungsspule 4,.welche in die Milch 11 in dem Behälter ν eingetaucht ist. Jedoch kann die Erfindung genauso gut auch zur, .Messung anderer Flüssigkeiten (die nicht in Be- ' hältern untergebracht zu sein brauchen/ wie beispielsweise zur Messung der Tiefe von Flüssen, von Häfen u.a. verwendet

werden. ' ' . \

. ·, ' .

Die Längswicklungen der Spule 4 sind besonders vorteilhaft, da sie einen Abstand oder Zwischenraum zwischen den. Wicklungen 5 bilden oder erzeugen., wodurch für das elektromagnetische Feld 10 ein Durchgang ermöglicht ist und somit . ° von der Wicklung 4,aufgenommen werden kann, um in ihr (4) zu einer Induktion/zu führen. Hierdurch ist dann ein wirk- ' ... . . · - 12 -

iL *.17 1211

sames, elektromagnetisches-Feld geschaffen, welches gelesen werden kann und in eine lineare Funktion, des elektromagnetischen Feldes umgewandelt werden kann. Wie aus den Figuren zu ersehen ist, verläuft die Längsachse des Ab-Standes oder Zwischenraums zwischen den Wicklungen 5, (wobei dies in der bevorzugten Ausführungsform-der Erfindung in der Form des Steges 7 des Formkörpers β liegt) im wesentlichen unter rechtem Winkel zu der im wesentlichen hori- zontalen Achse oder Ebene des elektromagnetischen Feldes 10,so daß das elektromagnetische Feld durch den Zwischenraum (beispielsweise in Richtung eines Pfeils 9 in.Fig. 2) hindurchgehen kann.

Wenn im Vergleich hierzu die Wicklungen im wesentlichen quer oder seitlich um einen Formkörper verlaufen wurden, wäre kein Zwischenraum oder Abstand vorgesehen, durch welchen das. elektromagnetische Feld hindurchgehen könnte^' somit würde es dann zu keiner wirksamen Aufnahme und Induktion des elektromagnetischen Feldes durch die Wick- ^O lungsspule kommen.

Obwohl die beiden Elektroden 2 und 3 in der erfindungsge-· mäßen Ausführungsform (und die in der zweiten Elektrode 3 angeordnete Wicklungsspule 4) im wesentlichen koaxial

oder parallel zueinander angeordnet sind, ist dies nicht wesentlich. Vorteilhaft ist jedoch, daß dieAchse der ersten Elektrode und die langgestreckte Wicklungsspule nicht unter rechtem Winkel zueinander liegen. Wenn beispielsweise die Längsachse des Wechselstroms, der nach

unten durch die erste Elektrode 2 fließt, unter rechtem Winkel zu den Längsachsen der Längswicklungen 5 der Wicklungsspule 4 angeordnet wäre, könnte ein weiteres . elektromagnetisches Feld zum Nachteil der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung gebildet werden.

Wenn die Leitfähigkeit der Milch durchweg im wesentlichen

- 13 -

,1 gleichförmig ist, sbllte ein Stromfluß in dem Behälter oder der Kammer im wesentlichen auch immer gleichförmig sein. Um eine verhältnismäßig gleichförmige und gleichmäßige Arbeitsweise zu erhalten, sollten die Abmessungen des Form-, körpers 6 und des Steges 7, um welchen die Wicklungen verlaufen, im wesentlichen gleichförmig sein. Bei solchen gleichförmigen Abmessungen kann die induzierte elektromagnetische Kraft wirksam'als eine lineare Funktion der .Flüssigkeitstiefe in dem Behälter benutzt werden. Wenn es

zu Änderungen in der Form oder der Abmessung des' Formteils kommt, können diese herausgerechnet werden und können bei elektronischen Berechnungen bei. dem endgültigen Aus-, lesen berücksichtigt·werden (was nachstehend noch beschrieben wird). Jedoch sollten die Abmessungen des Formteils im wesentlichen gleichförmig sein, um .ein genaues Lesen •zu ermöglichen, wenn die induzierte elektromagnetische Kraft als lineare Funktion der Flüssigkeitstiefe von Milch_ in dem Gehälter verwendet wird.

Wenn bei der Erfindung beispielsweise das Material der Elektroden 2 und 3 rostfreier Stahl ist und die elektrisch leitende Flüssigkeit Milch ist, sollten die Betriebsfrequenzen so gewählt werden, daß sie mit Milch und rost- , freiem. Stahl verfraglich sind, so daß die Materialien . ' 5 keine Barriere in dem induzierten elektromagnetischen Feld erzeugen. Diesbezüglich ist festgestellt worden, daß eine besonders geeignete Frequenz eine Frequenz im Bereich von . 3/ ,bis 3 0 KHz ist., · . :

^ou Das erfindungsgemaße Verfahren wird nunmehr zum Messen einer Flüssigkeit in dem Behälter 1 verwendet. Die Meßanordnung weist den Behälter 1 auf, welcher beispielsweise einem. Milchmeßgerät zugeordnet ist, wie es in der US-PS 3 349 .617 beschrieben ist. Die beiden Elektroden 2 und 3 -erstrecken sich in den Behälter . 1, so daß sie zumindest teilweise in die Milch 11- in dem Behälter einge- \ - . , ^: '. '- ' ' - 14 -

taucht sind. Die beiden Elektroden 2 und 3 sind durch die oberen und unteren Endteile 8a nebeneinander angeordnet . gehaltert oder gehalten, so daß dadurch eine Wandlereinheit 8 gebildet ist. Die erste Elektrode 2 ist vorzugsweise ein langgestreckter Stab oder ein längliches Rohr, während, die zweite Elektrode ein langgestrecktes hohles Rohr 3 ist?V die beiden Elektroden sind aus rostfreiem Stahl hergestellt. Eine Wicklungsspule 4 ist in der zweiten Elektrode 3 ange-. ordnet. Die Spule 4 weist eine Anzanl langgestreckter Lang's-ΙΟ wicklungen 5 auf, welche um ein Formteil 6 angeordnet sind. Das Formteil 6 und die Wicklungen 5 sind in der zweiten Elektrode 3 abgedichtet angeordnet. Bei dieser Anordnung sind somit die Längsachsen der Wicklungen 5 im wesentlichen vertikal ausgerichtet. Die Längsachsen der. beiden Elektroden sind in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls im

wesentlichen vertikal. ' ' ·

In Fig. 5 wird ein Taktsignal von einem Mikroprozessor in eine entsprechende Frequenz aufgeteilt, die durch ein Hochpäßfilter 3 0 geht, und dann in eine Konstantstromquelle 31 gelangt. Ein Wechselstrom fließt daher durch die Milch 11 , (welche eine elektrisch leitende, Flüssigkeit ist) und durch die zweite Elektrode 3 zu der ersten Elektrode 2. Der Durchgang des Wechselstroms erzeugt eine elektromagnetische Kraft 10 um die erste Elektrode 2 herum, wie. in Fig. 1 dargestellt ist. Die elektromagnetische Kraft 10 wird von der Wicklungsspule 4" aufgenommen und führt in dieser zu einer Induktion. .

on

^Q Die -induzierte elektromagnetische Kraft wird von der Wicklungsspule 4 über einen Vorverstärker 3 2 und dann durch ein verstärkendes Tiefpaßfilter 13 geleitet. Das Signal wird dann durch ein Hochpaßfilter 15 gefiltert, durch einen Präzisionsgleichrichter 16 gleichgerichtet

und dann durch einen Analog-Digital-Umsetzer 17 digitalisiert. SignalSpannungen von der Konstantstromquelle, dem

- 15 - '

-T2-

Oszillator und der Aufnahme-bzw. Sondenspule werden beispielsweise über einen Vierkanal-Multiplexer 14.von,einem Mikroprozessor 18 aus gesteuert. .Diese Signale werden dann dazu verwendet, u"m eine Verhältnis- oder Quotientenmessung der induzierten elektromagnetischen Kraft zu erreichen. Das Grundsignal von dem Präzisionsgleichrichter kann dann auch als ein Mittel verwendet werden, um die Flüssigkeits-. - höhe in dem Behälter zu bestimmen. Dieses Signal, ist linear ,. bezüglich, einer Höhenänderung der Flüssigkeit.,

Beispielsweise schafft ein 8 Bit Mikrocomputer 18 die Steuerung für die.analogen Signale und für eine Flüssigkristallanzeige. Ein Realzeit-Taktgeber 27 ist vorgesehen, um ein Ausschalten von nichtwesentlichen Schaltungsteilen· , ein Berechnen einer Flußinformation und beispielsweise ein > automatisches Abschalten (beispielsweise nach einer vorbestimmten Nichtbenutzungsdauer von 20min) zu ermöglichen. Die niedrigeren acht Bits der Adressensammelleitung werden mittels eines 8 Bit-Adressenhalteglieds 24 dekodiert. Ein Speicherbelegungsverfahren kann verwendet werden, um einen RAM-Speichers 21, einen EPROM-Speicher 22, einen EEPROM-Speicher 25, ein Vierkanal-Multiplexer 14 und eine Anzeige-Ansteuerstufe 26 zu dekodieren. Eine Analog-Digital-Umsetzung kann mittels eines Sechskanäl 8 bis 10- Bit Analog- Digital-Umsetzers erreicht werden. Der Mikrocomputer

schafft das Adressieren,. das zeitliche Steuern, das Zählen und Rechenoperationen, die für eine Durchführung,einer vollständigen Analog-Digital-Umsetzung erforderlich sind.

Eine entsprechende Software kann.verwendet werden, um das .,digitalisierte Wandlersignal beispielsweise in einen Milchertrag, wie Kilogramm,'Pfund und Liter, umzusetzen. Außerdem kann aus den verfügbaren Daten weitere Information, wie 'Milchleitfähigkeit, die Strömungsgeschwindigkeit,. u.a., erhalten werden, und eine metrische ,Quotientenmessung der Flüssigkeitshöhe kann berechnet werden. Eine_; entsprechende Software kann auch zur Berechnung des

.: ' .. - ' - 16 - ^v \ . .

~ ü ü ü η 16 'c k * 1Ί 4 2 Ί λ.

Systems verwendet werden, wobei Skalenfaktoren berechnet und in. dem EEPROM-Speicher 23 gespeichert werden. .

Die Einrichtung, durch welche die elektromotorische Kraft beispielsweise in die ,lineare Funktion der elektrisch leitenden Flüssigkeit umgesetzt und gelesen wird, ist nur als Beispiel angeführt. Zum Lesen und Umsetzen des elektromagnetischen Feldes in die lineare Funktion kann auch irgend-. eine andere geeignete Einrichtung verwendet werden. , ' . .

Das elektromagnetische Feld, das in der Wicklungsspule 4 induziert worden ist, ist im wesentlichen proportional zu der Länge des Stromweges, der von dem benachbarten oberen Ende der Wicklungsspule zu einer Stelle gemessen worden ist, die nach unten im wesentlichen halbwegs die Länge der in die Flüssigkeit eingetauchten Wicklungsspule ist. In der, vorliegenden Ausführungsform ist die Wicklungsspule 4 in die Milch 11 in dem Behälter 1 eingetaucht. Jedoch kann die Erfindung auch zum Messen anderer Flüssigkeiten (die nicht notwendigerweise in Behältern untergebracht sind) beispielsweise zum Messen der. Tiefe von Flüssen, von Häfen u.a. verwendet werden.

Bezüglich der in Fig.1 dargestellten Anordnung kann eine Näherungslösung für die Empfindlichkeit des Fühlers durch Vernachlässigen von Endwirkungen hergeleitet werden. Das Magnetfeld von einem langen stromführenden Draht (r Meter) ist: '^s

β ₌ 2_^_I ₁₀-7

Wenn die Spulenbredte W klein im Vergleich zu der Größe r

ι *

ist, beträgt die in der Wicklung durch dieses Feld induzierte elektromotorische Kraft (EMK)

e = BANw . . . ·

. - 17 -

-κ j;u i-iKi *Ί '":< ; o-i :

Wobei A die Spulenfläche, N die Anzahl Windungen und w eine Kreisfrequenz ist. . -

Da die Spulenfläche A = LxW ist, beträgt die induzierte elektromotorische Kraft (EMK)' ' '

: _e ; = L.W. N. w. 10~⁷ (V.)

. Die Elektrode kann, als ein Gegeninduktor, mit einer maxiraalen Gegeninduktivität von \ : .

,, 0,2. L. W. N , „v

M = —! (μΗ). betrachtet werden.

Die induzierte elektromotorische Kraft (EMK). ist dann \1,5 e = w . M. I (V) . ,. -.'

. Veränderliche Leitfähigkeit der Flüssig-' . . Keit ' . ' ' .

· ' 20' Eine Elektrodenwirkung wird durch die Flüssigkeitsleitfä-' higkeit nicht beeinflußt, vorausgesetzt die Leitfähigkeit

ist überall im Behälter gleichförmig, 'in der Praxis kann :,,· ' dies jedoch nich-tj/angenommeri werden. Beispielsweise bei Milch nimmt die Leitfähigkeit ab, wenn' der Melkzyklus infolge'des'zunehmenden Fettgehalts der späteren Milch weitergeht." Die Abnahme von dem Anfangswert reicht üblicher_v weise von 10% bis 20% und könnte im schlimmsten Fall bis zu 25% betragen..

Der allgemeine Ausdruck für die elektromotorische Kraft -^; (EMK)', die' in der Spule infolge des Elektrodenstroms 1 in-

35:

duziert worden ist, lautet:

₌ χ _b (L

rh

Λ er

' dx

- 18 -

- AS -

wobei b eine Konstante, L die effektive Länge der Elektrode, h die Höhe der Milchoberfläche über dem Boden des Behälters, und CT die Leitfähigkeit der Milch in der Höhe χ Über dem Boden des Behälters ist.

Lösungen für drei einfache Leitfähigkeitsprofile sind:

Gleichförmige Leitfähigkeit • . e = I . b(L_o - |) ' , '

Stufenweise Leitfähigkeitsabnahme

Wenn die Leitfähigkeit in der Höhe h/2 gleichförmig ist, wobei sie an dieser Stelle dann plötzlich auf einen. Wert des'(1 - α)-fachen des Anfangswerts abnimmt und danach konstant ist, ist die Lösung

1 - — _ , ,_T h 4

• ^I-^b-^<Lo-T-^-f

< Wenn ei klein ist, ist der Fehler annähernd -r .

Wenn die Abnahme 30% ist, ist der Fehler bei der Näherungsr lösung 7,5%, während die exakte Lösung 8,8% ergibt.

Lineare Leitfähigkeitsabnahme -·

Die Leitfähigkeit soll linear bis zu einer Höhe h abnehmen, so daß der Wert in der Höhe h das (1 - ι am Boden ist. In diesem Fall gilt dann:

so daß der Wert in der Höhe h das (1 - α)-fache des Werts

1 - i -α

° ² 1 - 1 .α

Wenn α klein ist, ist der Fehler annähernd -?.

- 19 -

1 Wenn die Leitfähigkeitsabnahme 30% beträgt, liegt der Fehler bei der Näherungslösung bei. 5% oder bei der genauen Lösung bei 5,9%. , ·

5 Ende der Beschreibung

Claims

4T- Patentansprüche "

•1 . Anordnung zum Messen eines Flüssigkeitspegels, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest erste und zweite, im Abstand voneiander angeordnete Elektroden. (2,3) und zumindest eine längliche Wicklungsspule (4) vorgesehen sind, daß die Elektroden (2,3) und die Wicklungsspule (4) zumindest teilweise in eine elektrisch leitende Flüssigkeit (11) eingetaucht sind, daß eine Einrich-

10tung vorgesehen ist, damit ein Wechselstrom über die elektrisch leitende Flüssigkeit (11) durch die und zwischen den beiden Elektroden (2,3) fließt, um so ein elektromag- -· netisches Feld (10) zumindest um die erste Elektrode (2) zu erzeugen, daß die länglich Wicklungsspule (4) so geformt ist, daß das elektromagnetische Feld (10) von der Wicklungsspule (4) aufgenommen und in dieser (4) in-,. duziert wird, und daß eine Einrichtung,vorgesehen ist, um das elektromagnetische Feld (10) in eine im wesentlichen lineare Funktion der elektrisch leitenden Flüssig- kei.t (11). umzuwandeln.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e. k e η η ζ e i c hn et, daß die Wicklungsspule (4) ein oder mehrere Längswicklungen (5) aufweist. · .
2 bis 7, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die

nt - '' -

Längsachsen einer oder mehrerer Längswicklungen. (5) der Wicklungsspule (4) im wesentlichen unter rechtem Winkel '·' ' · ^: ' .' - 3 -

1ϊϊ*±Ί.Ϊ2ί

zu der Ebene des um die erste Elektrode (2) erzeugten, elektromagnetischen Feldes (10) verlaufen.
'3. Anordnung nach einem, der Ansprüche 1· oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsspule (4) in einem länglichen Gehäuse angeordnet ist ₍ welches die zweite Elektrode (3) bildet. -
(4) zumindest teilweise in eine elektrisch leitende,Flüssigkeit (11) eingetaucht werden, 'daß ferner ein Wechselstrom < • über die Flüssigkeit (11) durch die ersten und, zweiten Elektroden (2,3) fließt, um so ein elektromagnetisches Feld (10) um zumindest die erste Elektrode (2) zu erzeugen, und um so ein elektromagnetisches Feld (10) in der Wi.ck^ lungsspule (4) zu erzeugen, und daß das elektromagnetische Feld (10) in eine im wesentlichen lineare Funktion der . elektrisch leitenden Flüssigkeit (11) umgewandelt wird.

(4) bis zu einer .Stelle gemessen wird, die nach unten im wesentlichen die Hälfte der Länge der in die Flüssigkeit '· (11), eingetauchten Wicklungsspule (4) ist.

4. Anordnung nach.einem der vorherigen'Ansprüche, dadurch ge k e η η ζ e ic h η e t, daß die längliche Wicklungsspule (4) ein oder mehrere längliche Längswicklungen (5) aufweist, die um einen länglichen Formkörper (6) verlaufen.
5. Anordnung nach'einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Wicklungsspule (4)· induzierte, elektromagnetische Feld (10) im wesentlichen proportional zu der Länge eines Stromwegs ist, der von dem benachbarten oberen Ende der Wicklungsspule
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e kenn-zeichnet, daß die Elektroden (2,3) und ,die Wicklung (4) miteinander verbunden sind, um eine Wandlereinheit (8) zu bilden.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 30' dadurch gekennzeichnet, daß diese in einer

Milchkammer (1) angeordnet ist.
8. Anordnung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
9. Verfahren zum Messen eines Flüssigkeitspegels, dadurch '5 gekennzeichnet/ daß erste und zweite Elektroden (2,3) und zumindest eine längliche Wicklungsspuie
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Wicklungsspule (4) induzierte, elektromagnetische Feld (10) im wesentlichen proportional zu der Länge eines Stromweges ist, der von dem benachbarten oberen Ende der Wicklungsspule (4) zu einer Stelle gemessen ist, die nach unten im.wesentlichen halbwegs die Länge der in die Flüssigkeit (11). ein^ getauchten Wicklungsspule (4) ist.

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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2,3) und die Wicklungsspule (4) zumindest teilweise in in einem Be-

. halter (1) befindliche Milch eingetaucht werden. 30
12. Verfahren nach einem der Ansprüche TO oder 1i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (4) eine oder mehrere Längswicklungen (5) aufweist, und daß die > Längsachsen der einen oder mehreren Wicklungen (5) im wesentlichen unter rechtem Winkel zu der Ebene des um die erste Elektrode (2) erzeugten,elektromagnetischen Feldes .(,10) verlaufen. · - 4 -

- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen -