DD300614A7 - METHOD AND DEVICE FOR LEVEL AND DENSITY MEASUREMENT IN PRESSURE-FREE LIQUID CONTAINERS - Google Patents
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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}The invention relates to a method and a device for measuring the filling level and the density in pressureless fluid containers. The aim is to eliminate the influence of the constantly changing material properties of the liquids by using a self-controlling measuring process and to ensure a largely universal application. Time or pressure is measured from the motion sequence during the suction of the liquid, and the current level of liquid or the density is determined {level measurement; Density measurement; Vacuum; Print; Time differences; Pressure differences; Induction}
Description
Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Füllstandes und der Dichte in drucklosen Flüssigkeitsbehältern, vorzugsweise in Rührwerksapparaten.The invention relates to a method and a device for measuring the filling level and the density in pressureless liquid containers, preferably in agitators.
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.The known, continuously operating fill level measuring devices in liquid containers are based on the use of probes immersed in the liquid, in which, depending on the depth of immersion, measurements of physical quantities that can be detected by measurement technology occur. Typical Vertretet J: <* ser Füllstandsmeßverfahren are capacitive methods and methods in which the buoyancy of an immersed in the liquid the float in dependence on the depth of immersion changes. "The latter method leads to incorrect measurements, which are not recognized when the material properties of the liquids change." When probes are used, the measurement result can be falsified by the solidification of solids.
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.Furthermore, from DD-PS 126 747 and 263 586 known to determine the level and the density of liquids by the hydrostatic pressure is measured by means of bubble level measurement or Druckmeßumformer at defined intervals in the measuring container. In this method, the two measuring points must be below the liquid surface, so that only from a certain level can be measured. Errors of the pressure measurements are not recognizable.
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. ·that maintenance or functional and zero point checks are difficult to handle. These disadvantages are partially avoided by a method described in DE-OS 30 07 658. The attainment of the fill level limits is signaled by removing ingredient from the liquid container and detecting by a flow sensor whether a gaseous or a liquid medium is being conveyed. Thus, only reaching a level limit can be detected by this method. ·
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.In DE-AS 23 00 184 a device is described, with the level in liquid containers is measured by moving a float in a submerged in the liquid container at the bottom offon tube to a sealing seat with a suction pump and in the piston as Piston pump designed suction pump adjusting pressure is rated as a measure of the level. It follows that the pressure generated is significantly influenced by the vapor pressure of the sucked liquid. In addition, the application of this device requires in various containers cumbersome calibration procedures and design changes, in which influences the temperature on the Meßergobni? must be taken into account. A constructive ': ve extension for cyclically running, car riatische measurements is difficult to solve. To ensure proper functioning, leaks in the sliding seals of the piston pump must be excluded and an absolutely leakproof float valve must be assumed. For liquids that are difficult to handle, such as suspensions, this can not be guaranteed. A simultaneous measurement of the density of the liquid with this device is not possible.
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.The aim of the invention is to determine the level of containers or the density of liquids or both with minimal effort, with a constant functional control of the measuring device is carried out in principle. The various disturbances, such as auxiliary power fluctuation, density ·, viscosity or level change should have no influence on the measurement result.
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.The object of the invention is to realize a combined level and density measurement, in which the sensitive components, such as pressure measuring and limit switches installed outside the container and periodic function and zero controls can be performed without difficulty.
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 ZeitdifferenzenAccording to the invention the object is achieved in that a riser dives into the liquid to be measured and in this periodically by means of vacuum or pressure, the measuring liquid from the current liquid level is promoted to an upper measuring point, woboi by measuring the duration of the movement and by the measurement of time differences
während des Bewegungsablaufes oder durch Messung von Druckwerten und Druckdifferenzen die Füllstandshöhe und/oder dieduring the course of the movement or by measuring pressure values and pressure differences, the filling level and / or the
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.a lower and an upper measuring mark needed. From the measurement results, the fill level can be calculated independently of the viscosity or pressure, the viscosity and the density of the liquid.
unteren und beim Erreichen einer oberen Meßmarke einstellen. In dem Volumen über dem Flüssigkeitsspiegel baut sich e ηset lower and when reaching an upper measuring mark. In the volume above the liquid level, e η builds up
der Behälterfüllstand und die Dichte der Flüssigkeit berechnet.the container level and the density of the liquid are calculated.
Fig. 1: Bewegung der Flüssigkeit durch Anwendung des Saugprinzips Fig. 2: Bewegung der Flüssigkeit durch Anwendung des DruckprinzipsFig. 1: movement of the liquid by applying the suction principle Fig. 2: movement of the liquid by applying the pressure principle
Fig. 3: Erzeugung von Induktionsspannungsimpulsen durch Vorbeibewegen eines Permanentmagneten an Induktionsspulen bei der Bewegung der FlüssigkeitFig. 3: Generation of induction voltage pulses by moving past a permanent magnet to induction coils in the movement of the liquid
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 QuotientIn Figure 1, the Verfahran is shown using vacuum: In a liquid container 1 immersed at the lower end of a suction tube 2, which is connected via an automatically operated valve 8 to a vacuum pump. Another automatically actuated valve 6 can be used to establish a connection to the atmosphere. When the measuring process is triggered, valve 6 is closed and valve 8 is opened. In the volume above the liquid level in the suction pipe, a vacuum is built up, whereby the liquid rises in the suction pipe During the rise two time measurements are triggered, vnn which ends the first t, when reaching the limit switch 3 and the second t 2 when reaching the limit switch 4 becomes. From the results of the time measurements is by means of microelectronic circuits or by application of microtechnical Gerätetochnik the quotient
t2-tit 2 -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.calculated. This quotient is a measure of the height of the liquid level in the liquid container. The quotient formation eliminates errors resulting from changes in the capacity of the vacuum pump, density or viscosity changes of the liquid.
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.In Figure 2, the method is shown using pressure: In a dip tube 10, a riser is retracted. At the lower end of the dip tube, a bottom valve 11 is attached. If the dip tube is pressurized by means of a valve 9, the bottom valve 11 closes and the liquid rises in the riser upwards. Analogously to Example 1, the times are counted, which pass until reaching the threshold marks 3 and 4.
sind viele, in gleichen Abständen dicht nebeneinander liegende Marken in Form von Induktionsspulen 14 angebracht. In dasare many, at equal intervals closely spaced marks in the form of induction coils 14 attached. In the
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 werdencounted with a suitable electronic arrangement pulses then corresponds to the distance between the liquid level and an upper limit mark, the z. B. is realized by a proximity switch, from which the container level can be determined
die Füllstandshöhe als auch die Dichte bestimmt werden.the level as well as the density are determined.
der angesaugten Flüssigkeitssäule proportional ist. Mittels schaltungs- und rechentechn!scher Mittel werden diethe sucked liquid column is proportional. By means of switching and computational means, the
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 ausIf pt and p 2 are the respective negative pressures on reaching the limit contacts 3 and 4 and Ah is the distance between the two limit contacts, the density may be off
M Ah M Ah
berechnet werden.be calculated.
Die absolute Höhe h, der angesaugten Flüssigkeitssäule vom momentanen Behälterstand h bis zum Grenzwertschalter berechnet sich /uThe absolute height h, the sucked liquid column from the current tank level h to the limit switch is calculated / u
h| = — bzw. h, =h | = - or h, =
q P2 - Piq P2 - Pi
1st h,o die Höhe des Grenzwertschalters 3 über dem Behälterboden, so gilt für den gesuchten Füllstand h des BehältersIf h, o is the height of the limit switch 3 above the container bottom, then the desired level h of the container applies
. . uu PiAh, , uu PiAh
η = Πιο — Πι = Πιοη = Πιο - Πι = Πιο
Pj-PiPj-Pi
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