DD300614A7

DD300614A7 - Verfahren und vorrichtung zur fuellstands- und dichtemessung in drucklosen fluessigkeitsbehaeltern

Info

Publication number: DD300614A7
Application number: DD32873389A
Authority: DD
Inventors: Martin Schweiger; Dieter Rostal; Manfred Richter; Gerhard Fassauer
Original assignee: Schweiger,M.,De
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1992-06-25
Also published as: DE4010763A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Fuellstandes und der Dichte in drucklosen Fluessigkeitsbehaeltern. Ziel ist es, den Einflusz der sich staendig aendernden Stoffeigenschaften der Fluessigkeiten durch Anwendung eines sich selbst kontrollierenden Meszverfahrens auszuschalten und eine weitgehend universelle Anwendung sicherzustellen. Aus dem Bewegungsablauf beim Ansaugen der Fluessigkeit werden Zeit oder Druck gemessen und aktueller Fluessigkeitsstand bzw. die Dichte ermittelt.{Fuellstandsmessung; Dichtemessung; Vakuum; Druck; Zeitdifferenzen; Druckdifferenzen; Induktion}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Füllstandes und der Dichte in drucklosen Flüssigkeitsbehältern, vorzugsweise in Rührwerksapparaten.

Die bekannten, kontinuierlich arbeitenden Füllstandsmeßeinrichtungen in Flüssigkeitsbehältern beruhen auf der Verwendung von in die Flüssigkeit eintauchenden Sonden, an denen in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe meßtechnisch erfaßbare Änderungen von physikalischen Größen auftreten. Typische Vertretet J^:<*ser Füllstandsmeßverfahren sind kapazitive Verfahren und Verfahren, bei denen sich der Auftrieb eines in die Flüssigkeit eintauchenden Auftriebskörpers in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe ändert. "ei letzterem Verfahren kommt e-. zu Fehlmessungen, die nicht erkannt werden, wenn eich die Stoffeigenschaften der Flüssigkeiten ändern. Bei der Verwendung von Sonden kann durch das Anbacken von Feststoffen das Meßergebnis verfälscht werden.

Weiterhin ist aus den DD-PS 126 747 und 263 586 bekannt, den Füllstand und die Dichto von Flüssigkeiten zu bestimmen, indem in definierten Abständen im Meßbehälter der hydrostatische Druck mittels Sprudelstandsmessung oder Druckmeßumformer gemessen wird. Bei dieser Methode müssen die beiden Meßstellen unter der Flüssigkeitsoberfläche liegen, so daß nur ab einem bestimmten Füllstand gemessen werden kann. Fehler der Druckmessungen sind nicht erkennbar.

daß Instandhaltungsmaßnahmen oder Funktions- und Nullpunktkontrollen schwierig zu handhaben sind. Diese Nachteile werden teilweise mit einem in DE-OS 30 07 658 beschriebenen Verfahren vermieden. Das Erreichen der Füllstandsgrenzwerte wird signalisiert, indem aus dem Flüssigkeitsbehälter Inhaltsstoff entnommen und durch einen Strömungssensor nachgewiesen wird, ob ein gasförmiges oder ein flüssiges Medium gefördert wird. Nach diesem Verfahren kann somit nur das Erreichen eines Füllstandsgrenzwertes nachgewiesen werden. ·

In der DE-AS 23 00 184 wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der der Füllstand in Flüssigkeitsbehältern gemessen wird, indem mit einer Saugpumpe ein Schwimmer in einem in den Flüssigkeitsbehälter eintauchenden, am unteren Ende offonen Rohr zu einem Dichtsitz bewegt und der im Kolben der als Kolbenpumpe gestalteten Saugpumpe sich einstellende Druck als Maß für den Füllstand bewertet wird. Daraus ergibt sich, daß der erzeugte Druck wesentlich durch den Dampfdruck der angesaugten Flüssigkeit beeinflußt wird. Außerdem bedingt die Anwendung dieser Vorrichtung bei unterschiedlichen Behältern umständliche Eichverfahren und konstruktive Änderungen, bei denen Einflüsse der Temperatur auf das Meßergobni? berücksichtigt werden müssen. Eine konstruk'^:ve Erweiterung für zyklisch ablaufende, auto riatische Messungen ist nur schwierig lösbar. Für ein einwandfreies Funktionieren müssen Leckagen der Gleitdichtungen der Kolbenpumpe ausgeschlossen und ein absolut dichtschließendes Schwimmerventil vorausgesetzt werden. Bei schwierig handhabbaren Flüssigkeiten, wie Suspensionen, kann diese jedoch nicht garantiert werden. Eine gleichzeitige Messung der Dichte der Flüssigkeit mit dieser Vorrichtung ist nicht möglich.

Ziel der Erfindung ist es, den Füllstand von Behältern oder die Dichte von Flüssigkeiten oder beides mit einem minimalen Aufwand zu bestimmen, wobei prinzipbedingt eine ständige Funktionskontrolle der Meßeinrichtung vorgenommen wird. Die verschiedenen Störgrößen, wie Hilfsenergieschwankung, Dichte·, Viskositäts- oder Füllstandsänderung sollen keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kombinierte Füllstands- und Dichtemessung zu realisieren, bei der die empfindlichen Bauteile, wie Druckmeßstellen und Grenzwertschalter außerhalb des Behälters installiert und periodisch Funktions- und Nullpunktkontrollen ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Steigrohr in die zu messende Flüssigkeit taucht und in diesem mittels Vakuum oder Druck periodisch die Meßflüssigkeit vom momentanen Flüssigkeitsstand bis zu einer oberen Meßmarke gefördert wird, woboi durch die Messung der Zeitdauer des Bewegungsablaufes und durch die Messung von Zeitdifferenzen

während des Bewegungsablaufes oder durch Messung von Druckwerten und Druckdifferenzen die Füllstandshöhe und/oder die

Dichte der Flüssigkeit ermittelt wird. Für die Ermittlung der Füllstandshöhe im Flüssigkeitsbehälter werden die Zeiten erfaßt, die die Flüssigkeit bis zum Erreichon

einer unteren und einer oberen Meßmarke benötigt. Aus den Meßergebnissen ist die Füllstandshöhe unabhängig vom Ve*uum bzw. Druck, von der Viskosität und Dichte der Flüssigkeit berechenbar.

Für die Ermittlung der Dichte und der Füllstandshöhe werden die Drücke erfaßt, die sich in dem Steigrohr beim Erreichen inor

unteren und beim Erreichen einer oberen Meßmarke einstellen. In dem Volumen über dem Flüssigkeitsspiegel baut sich e η

Unterdruck auf, der der augenblicklichen Höhe der angesaugten Flüssigkeitssäule proportional ist. Die jeweils zum Zeitpunkt dos Erreichens der Meßmarken vorliegenden Unterdruckwerte werden mit einer schnellen Druckmeßeinrichtung erfaßt und daraus

der Behälterfüllstand und die Dichte der Flüssigkeit berechnet.

Weiterhin ist es möglich, am Steigrohr in definierten Abständen in Reihe geschaltete Induktionsspulen zu installieren und im Steigrohr einen Schwimmer mit Magnet zu plazieren, so daß aus der Anzahl der Induktionsspannungsimpulse bei einem Förderhub ebenfalls auf den Behälterfüllstand geschlossen werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird prinzipbedingt eine Funktionskontrolle durchgeführt, indem der Ausfall der Meßeinrichtung oofort gemeldet wird, wenn nach der voreingestellten Zeit ein Signal von den Meßstellen ausbleibt. Die Erfindung soll nachstehend an Beispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: Bewegung der Flüssigkeit durch Anwendung des Saugprinzips Fig. 2: Bewegung der Flüssigkeit durch Anwendung des Druckprinzips

Fig. 3: Erzeugung von Induktionsspannungsimpulsen durch Vorbeibewegen eines Permanentmagneten an Induktionsspulen bei der Bewegung der Flüssigkeit

Bestimmung der Füllstandshöhe in einem Flüssigkeitsfilter Beispiel 1

In Figur 1 wird das Verfahran unter Anwendung von Vakuum gezeigt: In einen Flüssigkeitsbehälter 1 taucht ein am unteren Ende offenes Saugrohr 2 ein, das über ein automatisch betätigtes Ventil 8 an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Über ein anderes automatisch betätigtes Ventil 6 kann eine Verbindung zur Atmosphäre hergestellt werden. Bei Auslösung des Meßvorganges wird Ventil 6 geschlossen und Ventil 8 geöffnet. Im Volumen über dem Flüssigkeitsspiegel im Saugrohr wird ein Vakuum aufgebaut, wodurch die Flüssigkeit im Saugrohr nach oben steigt Während des Ansteigens werden zwei Zeitmessungen ausgelöst, vnn denen die erste t, bei Erreichen des Grenzwertschalters 3 und die zweite t₂ bei Erreichen des Grenzwertschalters 4 beendet wird. Aus den Ergebnisse der Zeitmessungen wird mittels mikroelektronischer Schaltungen bzw. durch Anwendung mikrotechnischer Gerätetochnik der Quotient

t₂-ti

errechnet. Dieser Quotient ist ein Maß der Höhe des Flüssigkeitsniveaus im Flüssigkeitsbehälter. Durch die Quotientenbildung werden Fehler, die aus Veränderungen der Förderleistung der Vakuumpumpe, Dichte- oder Viskositätsänderungen der Flüssigkeit resultieren, eliminiert.

Beispiel 2

In Figur 2 wird das Verfahren unter Anwendung von Druck gezeigt: In ein Tauchrohr 10 ist ein Steigrohr eingezogen. Am unteren Ende des Tauchrohres ist ein Bodenventil 11 angebracht. Wird mittels eines Ventils 9 das Tauchrohr mit Druck beaufschlagt, schließt sich das Bodenventil 11 und die Flüssigkeit steigt im Steigrohr nach oben. Analog zum Beispiel 1 werden die Zeiten bewertet, die bis zum Erreichen der Grenzwertmarken 3 und 4 vergehen.

Beispiel 3 In Figur 3 wird eine Variante des Verfahrens unter Anwendung von Vakuum gezeigt: Über die gesamte Länge des Saugrohres 2

sind viele, in gleichen Abständen dicht nebeneinander liegende Marken in Form von Induktionsspulen 14 angebracht. In das

Saugrohr ist ein Schwimmkörper 13, de>r mit einem Permanentmagneten 12 versehen ist, eingebracht. Wird ar las Saugrohr Vakuum angelegt, bewegt sich der Schwimmkörper mit der angesaugten Flüssigkeit an den Induktionsspulen vorbei nach oben. Beim Passieren jeder Induktionsspule wird ein elektrischer Impuls erzeugt. Die Anzahl der

mit einer geeigneten elektronischen Anordnung gezählten Impulse entspricht dann der Strecke zwischen Flüssigkeitsniveau und einer oberen Grenzmarke, die z. B. durch einen Näherungsschalter realisiert ist, aus der der Behälterfüllstand ermittelt werden

Bestimmung der Füllstandshöhs und der Dichte einer Flüssigkeit ir: einem Flüssigkeitsbehälter Beispiel 4 Unter Wahrung des Grundprinzips künn mit einer besonders einfachen Meßeinrichtung, wie sie in Figur 1 gezeigt wird, sowohl

die Füllstandshöhe als auch die Dichte bestimmt werden.

An das Saugrohr 2 wird mit dem Ventil 8, da.s durch eine Taktsteuerung betätigt wird, periodisch über das Drosselventil 7 Vakuum angelegt. Es baut sich in dem Volumen über dem Flüssigkeitsspiegel ein Unterdruck auf, der der augenblicklichen Höhe

der angesaugten Flüssigkeitssäule proportional ist. Mittels schaltungs- und rechentechn!scher Mittel werden die

Unterdruckwerte, die zum Zeitpunkt der Erreichung der Grenzwertmarken 3 und 4 vorliegen, mit einer schnellen Druckmeßeinrichtung 5 erfaßt und daraus der Behälterfüllstand und die Dichte der Flüssigkeit entsprechend nachfolgender Gleichungen berechnet:

Sind pt und p₂ die jeweiligen Unterdrücke bei Erreichen der Grenzkontakte 3 und 4 und ist Ah der Abstand beider Grenzkontakte, so kann die Dichte aus

^M Ah

berechnet werden.

Die absolute Höhe h, der angesaugten Flüssigkeitssäule vom momentanen Behälterstand h bis zum Grenzwertschalter berechnet sich /u

h| = — bzw. h, =

q P2 - Pi

1st h,o die Höhe des Grenzwertschalters 3 über dem Behälterboden, so gilt für den gesuchten Füllstand h des Behälters

. . uu PiAh

η = Πιο — Πι = Πιο

Pj-Pi

Claims

1. Verfahren zur Füllstands- und Dichtemessung in drucklosen Flüssigkeitsbehältern, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Vakuum oder Druck die Flüssigkeit durch ein in den Flüssigkeitsbehälter (1) eintauchendes Steigrohr (2) von dem momentanen Flüssigkeitsstand gefördert wird, die Zeitdifferenz während des Bewegungsablaufes oder die Druckdifferenzen zwischen den Grenzwertschaltern (3; 4) gemessen und daraus die Füllstandshöhe und/oder die Dichte der Flüssigkeit ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansaugen der Flüssigkeit ein mit einem Magneten (12) versehener Schwimmer (13) in dem Saugrohr an in definierten Abständen elektrisch isoliert angebrachten Induktionsspulen (14) vorbeibewegt wird und die elektrischen Impulse in einer elektrischen Schaltung zum Maß des Füllstandes im Flüssigkeitsbehälter werden.

3. Vorrichtung zur Füllstands- und Dichtemessung in drucklosen Flüssigkeitsbehältern, dadurch gekennzeichnet, daß ein am unteren Ende offenes Steigrohr (2) in den Flüssigkeitsbehälter eintaucht, der obere Teil des Steigrohres mit zwei in definiertem Abstand voneinander befindlichen Füllstandsgrenzschaltern (3,4) versehen, über ein automatisch betätigtes Ventil (8,9) an eine Pumpe angeschlossen und mit einem Drucksensor (5) versehen ist, die Flüssigkeitsgrenzschalter und der Drucksensor mit einer elektronischen Steuer- und Auswerte-Einrichtung verbunden sind.