DD247064A1

DD247064A1 - ELECTRONIC FLUID SCALE

Info

Publication number: DD247064A1
Application number: DD28740286A
Authority: DD
Inventors: Otto Fiedler; Rainer Jaskulke
Original assignee: Univ Rostock
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-06-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Neigungsmessung nach dem Prinzip der Fluessigkeitswaage. Aufgabe der Erfindung ist es, Abweichungen von der Horizontalen bzw. Vertikalen richtungsabhaengig elektronisch zu erfassen, weiterzuverarbeiten, anzuzeigen und die Messsignale fuer Steuerzwecke zu nutzen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass eine Roehrenlibelle bis auf eine Gasblase mit magnetischer Fluessigkeit gefuellt und mit Mess- und Erregerspulen versehen wird. Abweichungen von der Horizontalen bzw. Vertikalen werden durch induktive Abtastung der Auslenkung einer Gasblase erfasst und die in den Messspulen induzierten Spannungen elektronisch weiterverarbeitet und angezeigt. Fig. 1The invention relates to the field of inclination measurement according to the principle of the liquid balance. The object of the invention is to detect deviations from the horizontal or vertical directions dependent electronically, further process, display and use the measurement signals for control purposes. The object is achieved by filling a tube bubble with magnetic fluid except for a gas bubble and providing it with measuring and exciter coils. Deviations from the horizontal or vertical are detected by inductive scanning of the deflection of a gas bubble and the voltages induced in the measuring coils are electronically processed and displayed. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen -Anwendungsgebiet der Erfindung -For this 3-page drawings -Ause of the invention -

Die Erfindung betrifft eine elektronische Flüssigkeitswaage zut,Ermittlung von Neigungen gegenüber der Horizontalen und Vertikalen. Sie kann u.a. zur Kontrolle der Horizontalen und Vertikalen im Bauwesen und Bergbau, sowie zur Justierung von Meß-und Steuereinrichtungen abgewendet werden.. ^_ _The invention relates to an electronic liquid balance, determination of inclinations to the horizontal and vertical. It can u.a. for the control of the horizontal and vertical in construction and mining, as well as for the adjustment of measuring and control devices are averted .. ^ _ _

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind Röhrenlibellen bekannt, bei denen sich in Abhängigkeit von Neigungen die in eine Flüssigkeit eingebettete Gasblase entlang einer gekrümmten oberem Begrenzungsfläche bewegt. Die Ablesung erfolgt optisch visuell (z. B. DE-OS 2440751 Kl. G01 C 9/00) oder mit optischen Hilfsmitteln (z. B. DD 221263 Kl. G01 C 9/36). Weiterhin sind Einrichtungen bekannt, in denen die Auswertung von Bewegungen der Gasblase mit elektronischen Mitteln erfolgt. Die Position der Gasblase wird u. a. mit Hilfe von Lichtwellenleitern (DE-P 3236436 Kl. G01 C 9/02) oder Fotowiderständen (DD 213048 Kl. G01 C 9/36) abgetastet. Neben Wasserwaagen mit kapazitiven Meßwandlern (z. B. DD 226068 Kl. G01 C 9/20, in denen Differentialkondensatoren unterschiedlicher Anordnung genutzt werden, sind Einichtung bekannt, die auf der Impedanzmessung (z.B. DE-OS 2456384 KI.GO1 C 9/00) mittels flächiger Elektroden basieren. Durch geeignete Anordnung der Elektroden in der Röhrenlibelle werden Bewegungen der Gasblase ermittelt.Tube vials are known in which, depending on inclinations, the gas bubble embedded in a liquid moves along a curved upper boundary surface. The reading is carried out optically visually (eg DE-OS 2440751 Kl. G01 C 9/00) or with optical aids (eg DD 221263 Kl. G01 C 9/36). Furthermore, facilities are known in which the evaluation of movements of the gas bubble is carried out by electronic means. The position of the gas bubble is u. a. scanned with the aid of optical waveguides (DE-P 3236436 Kl. G01 C 9/02) or photoresistors (DD 213048 Kl. G01 C 9/36). In addition to spirit levels with capacitive transducers (eg DD 226068 Kl. G01 C 9/20, in which differential capacitors of different arrangement are used, are known Einichtung which on the impedance measurement (eg DE-OS 2456384 KI.GO1 C 9/00) By means of a suitable arrangement of the electrodes in the tube level, movements of the gas bubble are determined.

Die Nachteile dieser Anordnungen sind das teilweise geringe Auflösungsvermögen oder ein hoher elektrischer oder auch optischer Aufwand.The disadvantages of these arrangements are the sometimes low resolution or a high electrical or optical effort.

Ziei the invention

Ziel der Erfindung ist es, Abweichungen von der Horizontalen bzw. Vertikalen mit elektronischen Mitteln bei hoher Auflösung und einfachem Aufbau zu erfassen und anzuzeigen.The aim of the invention is to detect deviations from the horizontal or vertical with electronic means at high resolution and simple design and display.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Flüssigkeitswaage mit hoher Empfindlichkeit und zuverlässiger Funktion zu realisieren.The invention has for its object to realize an electronic liquid balance with high sensitivity and reliable function.

Abweichungen von der Horizontalen bzw. Vertikalen sollen ohne mechanisch bewegte Teile erfaßt undim Gegensatz zu bekannten Meßanordnungen, die auf dem Prinzip der Rohrenlibelle basieren, mit einfachen mechanischen und elektronischen Mitteln meßbar sein.Deviations from the horizontal or vertical are to be detected without mechanically moving parts and, in contrast to known measuring arrangements based on the principle of the tube level, be measurable with simple mechanical and electronic means.

Erfindungsgemäß wird eine Röhrenlibelle bis auf eine Gasblase mit magnetischer Flüssigkeit gefüllt. Auf die Röhrenlibelle sind vorzugsweise nach dem Prinzip des Differentialtranformators Erreger- und Meßspulen gewickelt. Bei Abweichungen von der Horizontalen bzw. Vertikalen werden in den Meßspulen durch die Verschiebung der Gasblase unterschiedliche Spannungen induziert, die elektronisch ausgewertet werden.According to the invention, a bubble tube is filled with the exception of a gas bubble with magnetic fluid. On the tube level exciter and measuring coils are preferably wound according to the principle of the differential transformer. In deviations from the horizontal or vertical different voltages are induced in the measuring coils by the displacement of the gas bubble, which are evaluated electronically.

Die induktive Abtastung der Gasblase ermöglicht eine einfache elektronische Signalverarbeitung, eine sofortige Signalisierung des nichthorizontalen bzw. nichtvertikalen Zustandes, sowie eine nachfolgende Aufbereitung für Steuerzwecke.The inductive scanning of the gas bubble allows a simple electronic signal processing, an immediate signaling of the non-horizontal or non-vertical state, as well as a subsequent preparation for tax purposes.

Durch unterschiedliche Dimensionierung und Anordnung der Erreger- und Meßspulen kann die Empfindlichkeit der Flüssigkeitswaage in weiten Grenzen variiert werden.By varying the dimensions and arrangement of the excitation and measuring coils, the sensitivity of the liquid balance can be varied within wide limits.

— Ζ — <£.·+/ UOt - Ζ - <£. · + / UOt

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazu gehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Sensors mit Erreger-und Meßspulen. Fig. 2 und Fig.3 zeigen Sensoren mit unterschiedlicher Anordnung der Meß- und Erregerspulen, und Fig.4 die vollständige Flüssigkeitswaage.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings, Fig. 1 shows the basic structure of the sensor with excitation and measuring coils. Fig. 2 and Fig.3 show sensors with different arrangement of the measuring and excitation coils, and Fig.4 the complete liquid balance.

Der Sensor in Fig. 1 ist bis auf eine Gasbiase 1 mit magnetischer Flüssigkeit 2 gefüllt. Auf der Röhrenlibelle 3 befinden sich die Meßspulen 4, 5 und 6, sowie die Erregerspule 7.The sensor in FIG. 1 is filled with magnetic fluid 2 except for a gas bubble 1. On the tube level 3 are the measuring coils 4, 5 and 6, and the exciter coil. 7

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Anordnung mit den Meßspulen 4 und 5 und der Erregerspule 7. In Fig. 3 ist ein Sensor mit der Erregerspule 7, den Meßspulen 4 und 5 sowie weiteren symmetrisch zu der Scheitellage der Gasblase angeordnetenFig. 2 shows a simplified arrangement with the measuring coils 4 and 5 and the excitation coil 7. In Fig. 3, a sensor with the excitation coil 7, the measuring coils 4 and 5 and further arranged symmetrically to the peak position of the gas bubble

lyießspulenpaaren dargestellt. . · ·illustrated lyewerspulenpaaren. , · ·

Fig.4 zeigt eine vollständige Flüssigkeitswaage mit dem Sensor 8. Der Sensor 8 wird je nach Erfordernis in horinzontaler bzw. vertikaler Lage angeordnet.4 shows a complete liquid balance with the sensor 8. The sensor 8 is arranged as required in horinzontaler or vertical position.

Bei Abweichung von der Horizontalen bzw. Vertikalen erfolgt eine Auslenkung der Gasblase aus der Scheitellage. Die Auslenkung wird mit den Meßspulen 4,5 und 6 des Sensors in Fig. 1 induktiv erfaßt und in Spannungsänderungen umgesetzt.In deviation from the horizontal or vertical deflection of the gas bubble takes place from the top layer. The deflection is detected inductively with the measuring coils 4, 5 and 6 of the sensor in FIG. 1 and converted into voltage changes.

Diese Methode der Signalgewinnung zeichnet sich durch hohe Empfindlichkeit aus und liefert günstige Bedingungen für eine optische, oder auch akustische Anzeige.This method of signal acquisition is characterized by high sensitivity and provides favorable conditions for an optical or acoustic display.

Die Meßspulen 4,5 und 6 befinden sich im magnetischen Wechselfeld der vom NF-Oszillator 9 gespeisten Erregerspule 7. Erfolgt eine Auslenkung der Gasblase aus der Scheitellage, ändern sich die magnetischen Flüsse in den Meßspulen 4,5 und 6 und damit die induzierten Spannungen.The measuring coils 4, 5 and 6 are located in the alternating magnetic field of the exciting coil 7 fed by the LF oscillator 9. If the gas bubble is deflected from the peak position, the magnetic fluxes in the measuring coils 4, 5 and 6 and thus the induced voltages change.

Eine Differenzbildung der Spannungen der Meßspulen 4 und 5 nach dem Differentialtransformator-Prinzip liefert ein richtungsabhängiges Signal, das mit dem phasenempfindlichen Gleichrichter 10 ausgewertet wird. Das für den phasenempfindlichen Gleichrichter 10 notwendige Referenzsignal wird durch den NF-Oszillator 9 bereitgestellt.A difference in the voltages of the measuring coils 4 and 5 according to the differential transformer principle supplies a direction-dependent signal, which is evaluated by the phase-sensitive rectifier 10. The reference signal necessary for the phase-sensitive rectifier 10 is provided by the LF oscillator 9.

Dem Verstärker 11 sind die Komparatoren 12 und 13 nachgeschaltet.The amplifier 11, the comparators 12 and 13 are connected downstream.

Die in Meßspule 6 induzierte Spannung wird mit dem Gleichrichter 14, dem Verstärker 15 und dem Komparator 16 aufbereitet.The voltage induced in measuring coil 6 voltage is treated with the rectifier 14, the amplifier 15 and the comparator 16.

Mit den Komparatoren 12,13 und 16 wird die optische Anzeige 17 angesteuert. Die Ausgan.gssignale der Komparatoren 12 und 13 steuern z. B. jeweils eine Luminiszensdiode an, die in Abhängigkeit von der Richtung eine Auslenkung der Gasblase 1 signalisieren. Komparator 16 steuert eine weitere, vorteilhaft zentrisch angeordnete Luminiszensdiode der optischen Anzeige 17 an, die zur Kontrolle die Scheitellage der Gasblase 1 anzeigt, es wird somit ersichtlich, ob sich die Gasblase 1 noch im Wirkungsbereich der Meßspulen 4, 5 und 6 befindet.With the comparators 12,13 and 16, the optical display 17 is driven. The Ausgan.gssignale the comparators 12 and 13 control z. B. in each case a luminance diode, which signal a deflection of the gas bubble 1 depending on the direction. Comparator 16 controls a further, advantageously centrally arranged luminescent diode of the optical display 17, which indicates the peak position of the gas bubble 1 for checking, it is thus apparent whether the gas bubble 1 is still in the range of action of the measuring coils 4, 5 and 6.

Die Ausgangssignale der Komparatoren können weiterhin günstig für Steuerzwecke genutzt werden.The output signals of the comparators can continue to be used favorably for tax purposes.

Die Sensoren in Fig. 1 und Fig. 3 benötigen keine Kontrolle der Scheitellage der Gasblase. Sie befindet sich stets im Wirkungsbereich einer oder mehrerer Meßspulen. Eine geeignete Teilung der Erregerspule 7 bietet dann die Möglichkeit derThe sensors in Fig. 1 and Fig. 3 do not require control of the peak position of the gas bubble. It is always within the range of one or more measuring coils. A suitable division of the exciting coil 7 then offers the possibility of

visuellen Kontrolle der Gasblase. . · · -visual control of the gas bubble. , · · -

Mit dem Sensor in Fig.3 können Abweichungen von der Horizontalen bzw. Vertikalen über einen weiten Neigungsbereich quantisiert erfaßt werden.With the sensor in Figure 3 deviations from the horizontal or vertical can be detected quantized over a wide range of inclination.

Zusätzlich zu den Meßspulen 4 und 5 sind weitere Spulenpaare, jeweils ausgeführt als Differentialspulen, symmetrisch zur Scheitellage der Gasblase angeordnet. Über einen Multiplexer werden die Differenzspannungen der Spulenpaare der Auswerteelektronik zugeführt und die Neigung vorteilhaft mit einem Lichtband angezeigt, wobei jedem Spulenpaar ein' Leuchtpunktpaar zugeordnet ist.In addition to the measuring coils 4 and 5 further pairs of coils, each designed as differential coils, arranged symmetrically to the apex position of the gas bubble. Via a multiplexer, the differential voltages of the coil pairs of the evaluation are supplied and displayed the slope advantageously with a light band, each pair of coils is assigned a 'pair of luminous dots.

Die in der beschriebenen Anordnung eingesetzte magnetische Flüssigkeit enthält 50% 7-Fe₂O₃ und besitzt eine Permeabilität von μι = 2,1. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung wird durch die Dimensionierung und Anordnung der Meß- und Erregerspulen bestimmt.The magnetic fluid used in the described arrangement contains 50% 7-Fe ₂ O ₃ and has a permeability of μι = 2.1. The sensitivity of the device is determined by the dimensioning and arrangement of the measuring and excitation coils.

Die Elektronik der Flüssigkeitswaage ist leistungsarm ausgelegt und ermöglicht einen Batteriebetrieb.The electronics of the liquid balance is designed low power and allows battery operation.

Claims

Claims: * '

Electronic liquid balance using a tube level (3) with a glass bubble (1) for detecting inclination in a carrier, characterized by using magnetic fluid (2) and electromagnetic scanning of the gas bubble (1) such that two or more measuring coils (4 , 5) symmetrically to the vertex enclose the tube level (3) ', a continuous or consisting excitation coil (7) all measuring coils and the outputs of the measuring coils are connected in pairs to electronic difference images, of which the signals via phase-sensitive rectifier (10) and comparators (12, 13) are directed to an acoustic balance indicator or a tilt-dependent light band indicator. ⁱ

2. Liquid balance according to item 1, characterized by arranging a measuring coil (6) to the vertex of the tube level (3) for determining or confirming the balance of the balance, such that the measuring signal of this coil after amplification and rectification a comparator (16) is that blocks or releases the acoustic or optical balance display, depending on whether the gas bubble (1) outside or inside the coil space and in both cases, the differential voltage disappears from the surrounding measuring coil pair.

3. Liquid balance according to item 1 and 2, characterized in that instead of the gas bubble (1) ein.nicht magnetic fluid is used, which does not mix with the magnetic fluid (2) and which has a low specific gravity.

4. Liquid balance according to item 1 to 3, characterized in that, when using a plurality of Meßspulenpaare to determine the inclination of the balance, the coil pairs via a multiplexer to the display unit, preferably a light band are connected to each coil pair a Leuchtpuriktpaar is assigned.