DE1156576B

DE1156576B - Elektronischer Pegelstandsanzeiger fuer Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1156576B
Application number: DEG28956A
Authority: DE
Original assignee: Gilbert and Barker Manufacturing Co Inc
Current assignee: Gilbarco Inc
Priority date: 1959-02-03
Filing date: 1960-02-03
Publication date: 1963-10-31

Description

Elektronischer Pegelstandsanzeiger für Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft einen elektronischen Pegelstandsanzeiger für Flüssigkeiten mi. einer der Flüssigkeitsoberfläche folgenden Sonde. Es besteht Bedarf an wirtschaftlichen Vorrichtungen zur Messung von Flüssigkeitspegeln mit der Genauigkeit, die nur durch elektronische Pegelstandsmessung erzielbar ist. Insbesondere in der Erdölindustrie ist es aus verschiedenen Gründen, z. B. der Bestandsüberwachung, erforderlich, die Menge der Erdölerzeugnisse in großen Vorratsbehältern zu kennen, was wieder voraussetzt, daß man auch die Menge von etwa vorhandenem Wasser in dem Behälter kennt. Hierzu ist es allgemein üblich, die Höhe des Pegelstandes des Erdölerzeugnisses in dem Behälter und den Pegelstand des Wassers, das sich am Grund des Behälters angesammelt hat, zu messen. Bei bekanntem Behäfterdureh messer läßt sich dann ohne weiteres aus den Pegelablesungen das Volumen des Erdölerzeugnisses berechnen. Das gleiche gilt z. B. auch für unterirdische Behälter, bei denen aus einer Eichkurve auch bei unregelmäßig geformter Vorratskammer das Volumen für bestimmte Höhen abgelesen werden kann.
Die genaue Volumenbestimmung auf diese Weise ist jedoch mit gewissen Schwierigkeiten verknüpft, weil der Durchmesser der Vorratsbehälter oft sehr groß ist und im Bereich von 60 m und mehr liegt.
Dies bedeutet, daß ein Fehler von 1 cm in der Höhenmessung zu einem Volumenirrtum von über 600 hl führen würde. Dieses Problem ist durch die Entwicklung elektronischer Pegelstandsmesser mit einer Genauigkeit von + 0,4mm auf ein erträgliches Maß herabgesetzt worden. Diese bekannten Pegelstandsmesser enthalten einen elektronischen Signalerzeuger, eine dem zu messenden Flüssigkeitsspiegel folgende Sonde und eine Nachführeinrichtung für die Sonde.
Nun sind aber im allgemeinen zwei Flüssigkeitsspiegel zu messen, weil sich unter dem Erdölerzeugnis im Laufe der Zeit Wasser ansammelt, da diese beiden Flüssigkeiten bekanntlich unmischbar sind. Bei diesen bekannten Anordnungen ist daher eine Sonde mit den zugehörigen Nachführeinrichtungen erforderlich, um den Pegelstand des Erdölerzeugnisses selbst zu messen, während eine weitere Anordnung dieser Art benötigt wird, um die Höhe der Zwischenfläche zwischen dem Erdölerzeugnis und dem darunter befindlichen Wasser zu messen.
Ziel der Erfindung ist die Verringerung des Aufwandes und Vereinfachung bei elektronischen Pegelstandsmessern, die imstande sind, sowohl den Pegel einer Flüssigkeit in einem Behälter als auch den Pegel einer damit unmischbaren weiteren Flüssigkeit am Boden des Behälters zu messen. Hieraus ist es dann in bekannter Weise möglich, das in dem Behälter enthaltene Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen.
Der erfindungsgemäße elektronische Pegelstandsanzeiger ist gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, welche wahlweise die Herstellung einer bestimmten Lagebeziehung zwischen der Sonde und der oberen Grenzfläche einer Flüssigkeit oder zwischen der Sonde und der unteren Grenzfläche der Flüssigkeit gestattet.
Bei der Feststellung der unteren Flüssigkeitsgrenzfläche ist es bei diesem Pegelstandsanzeiger unwesentlich, ob diese untere Fläche durch eine unmischbare Flüssigkeit oder durch den Behälterboden begrenzt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin ist Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht mit weggebrochenen Teilen eines Vorratsbehälters, an welchem der erfindungsgemäße Pegelmesser angebracht ist, Fig. 2 ein Längsschnitt der erfindungsgemäß verwendeten Sonde, die sich oberhalb des in Fig. 1 sichtbaren Erdölerzeugnisses befindet, Fig. 3 ein Teilschnitt des unteren Endes der Sonde in derjenigen Lage, in welcher sie die Flüssigkeit feststellt, Fig. 4 ein Teilschnitt der Sonde in derjenigen Lage, in welcher sie die Zwischenfläche abfühlt, Fig. 5 eine schematische Darstellung der verwendeten elektronischen Einrichtung, Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen Spannung und SignalfreQJerzen boi der Schaltung nach Fig. 5, Fig. 7 die Darstellung einer anderen Schaltung und Fig. 8 ein Diagramm der Beziehungen zwischen Spannung und Signalfrequenzen bei der Schaltung nach Fig. 7.
Fig. 1 zeigt eine typische Anordnung des erfindungsgemäßen elektronischen Pegelmessers in einem großen Vorratsbehälter t für Erdölerzeugnisse p. Der Behälter t hat kreisförmigen Querschnitt und besitzt einen Deckel, um Verunreinigungen des Erdölerzeugnisses p zu vermeiden. Wie meistens in Vorratsbehältern befindet sich unterhalb des Erdölerzeugnisses p eine Wasserschicht w. Da Erdölerzeugnisse, z. B.
Treibstoff, unmischbar mit Wasser sind, befindet sich ein scharfe Grenze f zwischen den beiden Flüssigkeiten.
Der erfindungsgemäße Pegelmesser ist so eingerichtet, daß er sowohl die Höhe der oberen Oberfläche des Erzeugnisses p als auch die Höhe ihrer unteren Fläche, d. h. der Grenzfläche j, feststellen kann. Aus diesen Messungen kann bei bekanntem Behälterdurehmesser das Volumen des Erzeugnisses p leicht bestimmt werden. Solche Messungen können für verschiedene Zwecke dienen, z. B. zur Anzeige, daß es Zeit ist, das Wasser w abzulassen, damit es nicht mit dem Erzeugnis p vermischt wird, wenn dieses bei einem nicht dargestellten Auslaß in der Nähe des unteren Behälterendes abgezogen wird.
Zur Pegelmessung dient eine Sonde 10, die an einem gelochten Metallband 12 aufgehängt ist und von diesem durch einen Isolator 14 elektrisch getrennt ist, wobei ein entsprechendes Gegengewicht vorgesehen ist. Das Band 12 läuft durch den Deckel außerhalb des Behälters t über Rollen und erstreckt sich bis in die Nähe des Behälterbodens, wobei ein Rohr 16 zum Schutz des Bandes und zur Halterung der Umlenkrollen dient. Am unteren Ende des Rohres 16 befindet sich ein Gehäuse 18, das einen in Fig. 1 nicht dargestellten Antriebsmotor enthält, der ein Rad 20 mit in das gelochte Band 12 eingreifenden Stiften antreibt. Durch Drehung des Rades 20 läßt sich die Sonde 10 vertikal verstellen, wobei das Band 12 auf eine Trommel 22 aufgewickelt bzw. von dieser abgewickelt wird.
Die Sonde 10 ist elektrisch mit einer Meßschaltung verbunden, die sich im Gehäuse 18 befindet. Hierzu dient ein koaxiales Kabel 24, dessen eines Ende zu der Sonde führt und das sich durch die Rohrleitung 16 zum Gehäuse 18 erstreckt. Das andere Ende des Kabels 24 ist im Gehäuse 18 befestigt, wobei zum Längenausgleich bei verschiedenen Höhen der Sonde 10 eine Schleife 26 in der senkrechten Rohrleitung 16 dient.
Das Meßprinzip, nach dem die Sonde arbeitet, ist weitgehend bekannt. Es wird ein hochfrequentes Signal durch die Schaltung im Gehäuse 18 erzeugt und über das Kabel 24 der Sonde 10 zugeführt. Die Sonde 10 ist nach Art einer Viertelwellenantenne auf das erzeugte Signal abgestimmt. Die Intensität des von der Sonde erzeugten Signals hängt deshalb von ihrer Stellung relativ zur Oberseite des Erdölerzeugnisses p ab. Es sind Mittel vorgesehen, um ein Empfangssignal, das die Intensität des in der Sonde 10 erzeugten Signals anzeigt, der Schaltung im Gehäuse 18 zu- 7urilhreI1. Die Stärke des Empfangssignals ändert sich in Abhängigkeit von der Stellung der Sonde zu der Oberfläche des Erzeugnisses p von einem Maximum zu einem Minimum. Wenn die Stärke des Empfangssignals sich auf einem bestimmten Zwischenwert befindet, wird der hierdurch gesteuerte Stellmotor süllgesetzt, und die Sonde befindet sich in bestimmter Lage gegenüber der Oberfläche des Erzeugnisses p.
Diese Beziehung ändert sich natürlich bei Zuführung oder Abführung von Flüssigkeit p. Diese Änderungen bewirken, daß die Stärke des Empfangssignals von dem Zwischenwert nach oben oder unten abweicht, wodurch der Stellmotor das Antriebsrad 2u in der gewünschten Richtung dreht und die Sonde in die vorbestimmte Stellung zum Erzeugnis p zurückbringt.
Die Höhe der Oberseite der Flüssigkeitp spiegelt sich somit stets in der Winkelstellung der Welle des Stellmotors wider. Diese Winkelstellung kann in eine direkte Skalenablesung am Fuß des Behälters t umgewandelt werden oder mit einer Fernmeßeinrichtung zu einer entfernten Überwachungsstation übermittelt und dann in bekannter Weise zur Anzeige der Pegelhöhe der Oberseite der Flüssigkeit p oder des Volumens derselben herangezogen werden Die Gebereinrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ist aus Fig. 2 und 5 ersichtlich, welche die Meßschaltung und die konstruktiven Einzelheiten der Sonde 10 zeigen. Im Gehäuse 18 befindet sich ein Oszillator 28 (Fig. 5), der ein hochfrequentes Signal von z. B. 163 MHz erzeugt. Der Oszillator 28 erhält seine Betriebsspannung von einem Transformator T, der ferner eine Wicklung 29 aufweist, die zur Modulierung des 163-MHz-Signals mit einem Signal von 60 Hz dient. Der Oszillator 28 weist eine Induktivitätsschleife 31 auf, an der das modulierte Signal auftritt. Dieses Signal wird über einen Isolator 33 auf eine Ankopplungsschleife 30 gegeben und dann über den Innenleiter 32 des koaxialen Kabels 24 zur Sonde 10 geleitet. Das koaxiale Kabel 24 besteht vorzugsweise außer dem Innenleiter 32 aus einem Außenleiter 34 und einem Dielektrikum 36 aus Polytetrafluoräthylen (Fig. 2).
Das modulierte Hochfrequenzsignal gelangt auf eine Kopplungsschleife 38 im oberen Ende der Sonde 10. Der hochfrequente Stromkreis wird von der Schleife 38 zur Masse über einen Kondensator 42 geschlossen, der mit dem äußeren Metallgehäuse der Sonde 10 verbunden ist. Dieses ist an den geerdeten Außenleiter 34 des Kabels angeschlossen. Die andere Seite des hochfrequenten Stromkreises ist mit Erde über einen Kondensator 44 verbunden, der die Schleife 30 mit dem geerdeten Gehäuse 18 verbindet.
Das modulierte Hochfrequenzsignal wird von der Schleife 38 auf eine Schleife 46 gekoppelt, die das Signal auf einen auf die Resonanzfrequenz abgestimmten Draht 48 gibt. Dieser wird von einer metallischen Abschirmung 50 umgeben, die das Gehäuse der Sonde 10 bildet. Der Draht 48 stellt also eine abgeschirmte Antenne dar. Er hat eine solche Länge, daß er elektrisch einer Viertelwellenlänge des hochfrequenten Signals von 163 MHz entspricht. Wenn also die Sonde 10 nicht in Berührung mit dem Erzeugnis p steht, ist der Draht 48 auf die Resonanzfrequenz 163 MHz abgestimmt, und es entwickelt sich eine stehende Welle am Draht 48, die das maximale Empfangssignal darstellt. Der Draht48 reicht nach unten über die Abschirmung 50 hinaus und wird verstimmt, wenn sein Ende in Berührung mit der Flüssigkeit p gerät. Die Modulationsfrequenz von 60 Hz geht mit der am oberen Ende des Drahtes 48 herrschenden Amplitude durch einen Detektor in Form eines Richtleiters 52 (Fig. 5). Diese am Detektor 52 auftretende Komponente wird nachstehend als Empfangssignal bezeichnet.
Die Empfangsschaltung enthält einen B elastungswiderstand 54 für den Halbleiter 52 von verhältnismäßig hohem Wert und einen Blockwiderstand 56 von verhältnismäßig niedrigem Wert. Der Widerstand 56 dient zur Fernhaltung des hochfrequenten modulierten Gebersignals vom Detektor 52. Er hat jedoch eine geringe Impedanz für die niedrige Frequenz des Empfangssignals. Umgekehrt weist der Kondensator 42 eine hohe Impedanz für das Empfangssignal von geringer Frequenz auf, so daß dieses an dieser Stelle nicht zur Erde gelangen kann und statt dessen längs des Innenleiters 32 des Kabels 24 zurück zum Gehäuse 18 gelangt. Das niederfrequente Empfangssignal geht dann durch die Schleife 30 und über einen Blockwiderstand 58 (Fig. 5) zu einem Vorverstärker 60. Der Blockwiderstand 58 entspricht in seiner Aufgabe dem Widerstand 56, d. h., er hält das hochfrequente Gebersignal vom Vorverstärker fern, so daß nur das Empfangssignal zu diesem gelangt. Der Kondensator 44 mit seinem hohen Wechselstromwiderstand bei 60 Hz verhindert einen Kurzschluß des Empfangssignals an dieser Stelle. Ein weiterer Kondensator 62 dient zwischen dem Blockwiderstand 58 und dem Vorverstärker 60 zum Kurzschluß hochfrequenter Streuströme.
Hinter dem Vorverstärker gelangt das Empfangssignal auf eine Vergleichsschaltung 64. Die Verg.eichsschaltung erhält eine Bezugsspannung, die von einer Sekundärwicklung 65 des Transformators T herkommt und um 180- gegen das Empfangssignal phasenverschoben ist. Wenn das Empfangssignal sein Maximum zeigt, tritt am Ausgang der Vergleichsschaltung ein Steuersignal auf, das die gleiche Phasenbeziehung wie das Empfangssignal zeigt. Dieses Steuersignal wird dann mit oder ohne weitere Verstärkung einer Wicklung 66 des zweiphasigen Induktionsmotors 68 zugeführt. Die andere Wicklung 70 dieses Motors ist elektrisch um 900 gegen die erste Wicklung phasenverschoben und mit der Netzleitung 1 verbunden, die zur Speisung der PrimäI-wicklung des Transformators T dient.
Wenn sich unter diesen Bedingungen die Sonde 10 in Luft befindet, dreht der Stellmotor 68 sich in derjenigen Richtung, in welcher die Sonde 10 gesenkt wird. Hierdurch wird sie in Berührung mit der Oberfläche der Flüssigkeit p (Fig. 3) gebracht, wodurch der Draht 48 verstimmt wird und die Intensität des Empfangssignals sich verringert. Wenn diese Intensität in der Vergleichsschaltung gleich der Intensität des Bezugssignals wird, verschwindet die Spannung an der Wicklung 66 des Motors 68, und dieser wird stillgesetzt. Wenn der Draht48 durch einen Pegelanstieg des Erdölproduktes p stärker verstimmt wird, verringert sich das Empfangssignal noch weiter, und das Signal am Ausgang der Vergleichsschaltung 64 nimmt dann die Phase des Bezugssignals an, wodurch der Stellmotor in entgegengesetzter Richtung gedreht wird und die Sonde 10 anhebt, bis wieder die gewünschte Berührungsstellung mit der Oberfläche der Flüssigkeit p hergestellt ist.
Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, um die gleiche Sonde 10 nicht nur zur Pegelhöhe der oberen Fläche der Flüssigkeit p, sondern auch zur Bestimmung ihrer unteren oder Zwischenfläche f (Fig. 1) zu verwenden. Zur Erläuterung dieser Vorkehrungen wird zunächst auf Fig. 6 verwiesen, die an einem Beispiel den Verlauf der Echospannung am Eingang der Vergleichsschaltung 64 in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz der Sonde zeigt. Die ausgezogene Kurve gilt für das erwähnte Signal des Oszillators 28 mit 163 MHz. In diesem Falle hat die Empfangsspannung ihr MaÄimml1, wenn die Sonde auf 163 MHz abgestimmt ist bzw. dort Resonanz zeigt.
Diese Bedingung trifft zu, wenn die Sonde sich außer Berührung mit der Flüssigkeit p befindet. Wenn der Draht -4æ (bzw. die unten erwähnte Metallscheibe 71 an seinem Ende) sich der Oberfläche der Flüssigkeit p nähert und in Berührung mit dieser kommt, ändern sich seine elektrischen Eigenschaften, und er wird verstimmt, so daß seine Resonanzfrequenz etwas geringer als 163 MlFIz wird. Demgemäß wird die Intensität des Empfangssignals verringert. Wenn die Sonde z. B. auf 160 MHz verstimmt wird, ist die Intensität des Empfangssignals nur noch 16 Volt statt vorher 32 Volt und damit gleich der eingestellten Intensität des Bezugssignals an der Vergleichsschaltung 64.
Demgemäß verschwindet nun die Ausgangsspannung des Vergleichsgerätes 64, und die Wicklung 66 wird stromlos, so daß der Stellmotor 68 zur Ruhe gelangt, wenn die gewünschte Stellung in Berührung mit der Oberfläche der Flüssigkeit erreicht ist.
Am unteren Ende des Drahtes 48 befindet sich, wie gesagt, eine kleine Metallscheibe 71. Diese hat z. B. folgende Abmessungen: Ihr Durchmesser beträgt 6 mm und ihre Höhe 0,8 mm. Die Unterseite der Metallscheibe hat einen Abstand von 14 mm von der Unterseite der Abschirmung 50. Die Verwendung dieser Metallscheibe erhöht die Empfindlichkeit der Sonde 10. Die Abstimmung des Drahtes 48 wird also durch kleine Änderungen in seiner RelativsLeil.ung zur Fiüssigkeitp stärker beeinflußt. Die vorbestimrnte Stellung hinsichtlich der Oberfläche der Flüssigkeit p ist erreicht, wenn dieUnterseite der Scheibe 71 sich 6 mm unter der Oberfläche derFlüssigkeitp beflndet (Fig. 3).
Erfindungsgemäß wird nun die Sonde 10 dadurch veranlaßt, den Pegel der unteren Begrenzung der Flüssigkeit p bzw. der Zwischenfläche f aufzusuchen, daß die Frequenz des Oszillators 28 verändert wird.
Ein einfaches Mittel hierzu ist die Parallelschaltung einer Kapazität im Topfkreis des Oszillators. Dies ist in Fig. 5 durch einen Kondensator 76 veranschaulicht, der von einem Relais 78 ein- und ausgeschaltet werden kann. Wenn das Relais 78 unter Spannung steht, wird der Kondensator 76 parallel zur Kopplungsschleife 31 des Oszillators 28 geschaltet. Die Anschlußleitungen des Relais 78 gehen zu einer Klemmenleiste im Gehäuse 18, von der sie z. B. mit einem Betätigungsschalter in der Fernsteuerstation verbunden sind, wo die Ablesungen von den verschiedenen Vorratsbehältern gemacht werden. Natürlich kann auch unmittelbar am Gehäuse 18 ein Schalter angebracht sein, so daß das Relais 78 von dieser Stelle aus unter Spannung gesetzt wird.
Durch Einschaltung des Kondensators 76 wird die Ausgangsspannung des Oszillators sofort auf eine niedrigere Frequenz umgeschaltet, und die Sonde 10 wird selbsttätig in die Flüssigkeit p abgesenkt. Diesem Zustand entspricht die strichpunktierte Kurve in Fig. 6. Wenn sich die Sonde anfänglich in ihrer die Oberseite der Flüssigkeit abtastenden Stellung (Fig. 3) befindet, ist ihre Resonanzfrequenz 160 MHz. Wenn nun die Oszillatorfrequenz auf 159 MHz umgeschaltet wird, tritt bei der Resonanzfrequenz von 160 MHz ein Empfangssignal von 31,5 Volt auf (Punkt A). Es wird also ein kräftiges Signal mit der Phase des Echosignals der Wicklung 66 des Stellmotors zugerührt, so daß dieser sich derart dreht, daß die Sonde in die Flüssigkeit eintaucht. Durch das völlige Eintauchen der Sonde in die Flüssigkeit verringert sich ihre Resonanzfrequenz weiter auf 158 MHz.
Hierdurch steigt die Intensität des Empfangssignals zunächst auf 32 Volt und sinkt dann wieder auf 31,5 Volt ab (Punkt B in Fig. 6). Der Stellmotor 68 dreht sich also weiter und senkt die Sonde 10 durch die Flüssigkeitp bis zur Zwischenflächef. Vorzugsweise wird die Anderung der Resonanzfrequenz der Sonde von 160 auf 158 MHz während der Abwärtsbewegung der Sonde möglichst rasch erreicht. Zu diesem Zweck ist die Sonde 10 bis zum untersten Ende des Gehäuses 50 vollständig mit einem Dielektrikum 82 gefüllt (Fig. 2), so daß nur ein kleiner Teil des Drahtes 48 und die Scheibe 71 herausragen. Sobald der herausragende Teil des Drahtes 48 vollständig in die Flüssigkeitp eingetaucht ist, was nur eine Strecke von etwa 10 mm erfordert, nimmt die Resonanzfrequenz der Sonde den Wert 158 MHz an und bleibt hierbei konstant, bis die Sonde die Grenzfläche f erreicht. Es wurde gefunden, daß als Dielektrikum 82 sich am besten ein wärmehärtendes Gießharz, z. B. Epoxyharz, eignet, das mit kleinen hohlen Glasperlen vermischt ist. Jedenfalls ist der Innenraum der Sonde abgeschlossen, so daß keine veränderlichen Zustände durch Eindringen von Flüssigkeit in die Sonde auftreten können.
Bei der Abwärtsbewegung der Sonde 10 durch die Flüssigkeit erreicht sie schließlich die untere Grenzfläche f, wobei während der Annäherung an diese Grenzfläche die Kapazität zwischen der Scheibe 71 und der Grenzfläche zunimmt. Diese Kapazität verstimmt die Sonde weiter und verringert die Intensität des Empfangssignals. Wenn die Sonde auf 156 MHz verstimmt ist, d. h. wenn das Empfangs signal auf 16 Volt abgesunken ist, wird es wieder durch das Bezugssignal in der Vergleichsschaltung 64 (Fig. 5) kompensiert, und der Stellmotor bleibt stehen. Es wurde gefunden, daß dies eintrifft (Fig. 4), wenn die Sonde 10 sich in einer vorbestimmten Stellung bezüglich der Grenzflächef befindet. Bei den obigen Abmessungen entspricht diese Stellung einem Abstand der Unterseite der Scheibe 71 von der Grenzfläche f von 6,2 mm. Dadurch, daß die Sonde oberhalb der Zwischenflächef stehenbleibt, wenn sie deren Pegel feststellt, ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Sonde durch den oft an dieser Grenzfläche angesammelten Schaum nicht verschmutzt wird. Der Stellungsfehler der Sonde in ihren beiden Fühlstellungen (Fig. 3 bzw. 4) beträgt nur + 0,4 mm.
Wie oben angegeben wurde, ist die Winkelstellung des Stellmotors ein Maß für die Pegelhöhe der Oberseite der Flüssigkeit p. Das gleiche gilt für die Pegelhöhe der Zwischenfläche f, wobei es keine Schwierigkeiten bereitet, den festen Abstand von 6,2 mm der Sonde von der Zwischenfläche zu berücksichtigen, so daß direkte Pegel- und Volumenablesungen in der Fernüberwachungsstation vorgenommen werden können.
Es wurde ferner gefunden, daß die beschriebene Anordnung ebenso wirksam zur Bestimmung der Höhe der unteren Grenzfläche des Erdölproduktes p ist, wenn keine andere Flüssigkeit darunter vorhanden ist. Wenn also kein Wasser im Behälter t angesammelt ist, stellt sich die Sonde 10 bei Speisung mit dem Signal von 159 MHz 6,2 mm über dem Boden des Behälters ein, was die praktisch vollständige Abwesenheit von Wasser in dem Behälter anzeigt.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung muß einige Sorgfalt bei der Frequenzumschaltung des Oszillators 28 aufgewandt werden. Es war oben angenommen worden, daß während der Umschaltung von 163 auf 159 MHz die Resonanzfrequenz der Sonde 160 MHz beträgt, d. h. daß die Sonde in der richtigen Stellung zur Oberseite der Flüssigkeit steht (Fig. 6). Dies bedeutet, daß nach der Frequenzverschiebung die Empfangssignalspannung wesentlich größer als 16 Volt ist und vorzugsweise die maximale Signalintensität nahezu oder ganz erreicht, wenn die Sonde vollständig eingetaucht ist, wodurch der Stellmotor mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit angetrieben wird. Wenn die Frequenzumschaltung so vor sich ginge, daß die Sonde gegen die Frequenz des Oszillators stark verstimmt würde, nachdem dieser auf den geringeren Wert umgeschaltet wurde, so würde die Sonde vom Stellmotor angehoben statt abgesenkt, und der Zweck der Erfindung wäre nicht erreicht. So ist aus Fig. 6 ersichtlich, daß, falls die Sonde sich in Luft befinden würde, wenn das Oszillatorsignal auf 159 MHz umgeschaltet wird, bei einer entsprechenden Resonanzfrequenz von 163 MHz die Intensität des Empfangssignals weniger als 16 Volt betragen würde. Infolgedessen hätte die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 64 (Fig. 5) die Phasenlage des Bezugssignals, und der Stellmotor würde die Sonde 10 anheben statt absenken.
Die Frequenz des Oszillators braucht nicht unbedingt plötzlich umgeschaltet zu werden, sondern könnte auch allmählich verändert werden, z. B. durch Verwendung eines veränderlichen Kondensators im Topfkreis des Oszillators 28. Auch kann es unter bestimmten Umständen vorteilhaft sein, die Oszillatorfrequenz stufenweise zu verschieben, um die größtmögliche Arbeitsgeschwindigkeit des Stellmotors zu erzielen. So könnte z. B. die Oszillatorfrequenz zunächst auf 160 MHz umgeschaltet werden, wodurch sich das Maximum der Empfangsspannung ergibt, wenn die Sonde eine Resonanzfrequenz von 160MHz aufweist, d. h. in der Normalstellung zur Flüssigkeitsoberfläche steht. Sofort, wenn die Sonde völlig in die Flüssigkeit eingetaucht ist und sich dadurch auf 158 MHz verstimmt hat, könnte dann das Oszillatorsignal auf 158 MHz umgeschaltet werden. Dies würde eine maximale Empfangs spannung ergeben, so daß der Stellmotor mit größtmöglicher Geschwindigkeit angetrieben wird und die Sonde durch die Flüssigkeit p zur unteren Grenzfläche f absinken läßt.
Wenn die Höhe der unteren Grenzflächef abgelesen ist, würde man normalerweise die Oszillatorfrequenz wieder auf 163 MHz umschalten. Dies wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch bewirkt, daß das Relais 78 von der Uberwachungsstation aus zum Abfallen gebracht wird, wodurch der Kondensator 76 im Topfkreis des Oszillators 28 abgeschaltet wird. Die Oszillatorfrequenz kehrt damit sofort auf 163 MHz zurück. Wie man sieht, beträgt im Zeitpunkt dieser Frequenzumschaltung die Resonanzfrequenz der Sonde 156 MHz. Die Stärke des Empfangssignals ist also wesentlich geringer als diejenige des Bezugssignals in der Vergleichsschaltung 64, so daß der Stellmotor die Sonde rasch zur oberen Begrenzungsfläche der Flüssigkeit anhebt. Wenn die Sonde wieder die in Fig. 3 dargestellte Lage einnimmt, ist ihre Resonanzfrequenz 160 MHz. Die Intensität des Empfangssignals beträgt 16 Volt, und der Stellmotor wird stillgesetzt. Die Sonde ist dann frei, den Pegelschwankungen der Flüssigkeit in der oben beschriebenen Weise zu folgen.
Gewisse Schwierigkeiten treten auf, wenn die erfindungsgemäße Einrichtung in einem geschlossenen Behälter verwendet wird, bei dem die Luftfeuchtigkeit oberhalb der Flüssigkeit sehr hoch ist und nahe 100°/o liegt. Solche Bedingungen sind z. B. in unterirdischen Vorratsräumen für Erdölerzeugnisse anzutreffen. Bei derartig hohen Feuchtigkeitswerten schlägt sich die Feuchtigkeit sehr schnell an der Sonde und insbesondere an der freien Fläche des Dielektrikums 82 nieder. Es wurde gefunden, daß der so entstandene Flüssigkeitsüberzug hauptsächlich als Ohmscher Widerstand zusätzlich zu den Induktiv-und Kapazitätswerten der Sonde wirkt, welche den Q-Wert der Sonde und damit die Amplitude der stehenden Welle, von welcher das Empfangssignal abgenommen wird, bestimmen. Der dem kondensierten Wasser zuzuschreibende Widerstandswert verringert den Q-Wert der Sonde selbst. So ergibt sich statt einer Spannungskurve mit scharfer Spitze gemäß Fig. 6 eine verhältnismäßig flache Resonanzkurve, bei der bestimmte Änderungen der Resonanzfrequenz der Sonde zu weit geringeren Änderungen in der Stärke des Empfangssignals führen, wobei der Maximalwert des Empfangssignals, wenn die Sonde sich in Luft befindet, z. B. 20 Volt statt 32 Volt wie in Fig. 6 beträgt. Unter diesen Bedingungen treten zwei Hauptschwierigkeiten auf. Die eine liegt in der geringeren Genauigkeit bei der Verfoigung der Pegelschwankungen der Flüssigkeit und die andere darin, daß es nun nicht mehr ohne weiteres gelingt, die Sonde durch eine einfache Frequenzverschiebung des Oszillatorsignals zur Suche der Wassergrenzfläche zu veranlassen, wie oben geschildert wurde.
Es wurde gefunden, daß Erdölerzeugnisse im Gegensatz zu Wasser nicht diesen unerwünschten Einfluß auf den Q-Wert der Sonde haben. Deshalb wird in diesen Fällen vorzugsweise die Sonde im Normalzustand der Einrichtung stets voll eingetaucht in dem Erdölerzeugnis gehalten und folgt dem Pegel der Grenzfläche gegen Wasser. In dieser Stellung kann keine Feuchtigkeit an der Sonde kondensieren, sondern sie wird sogar durch das Erdölerzeugnis von der Sonde abgewaschen. Um dies zu erreichen, liegt normalerweise der Kondensator 76 parallel zur Induktanzschleife 31, derart, daß der Oszillator ein Signal von 158 MHz erzeugt und damit die Sonde sich stets etwas oberhalb der Grenzflächef aufhält.
Ein Signal von 158 MHz statt des vorher geschilderten von 159 MHz wird aus noch zu erörternden Gründen verwendet. Wenn dagegen die Pegelhöhe des Erdölproduktes abgelesen werden soll, wird der Kondensator 76 abgeschaltet, z. B. durch Entregung des Relais 78, und die Oszillatorfrequenz verschiebt sich zu 163 MHz. Es kann dann eine genaue Ablesung der Pegelhöhe des Erdölerzeugnisses in der oben geschilderten Weise durchgeführt werden. Aber auch bei diesem Verfahren beginnt sich die Feuchtigkeit sofort an der Sonde niederzuschlagen, wodurch der Q-Wert verringert und die Rückkehr zur unteren Grenzfläche erschwert wird.
Es gibt zwei Möglichkeiten, um dieses Problem zu lösen, die beide in Fig. 5 erläutert sind. Die erste Möglichkeit besteht darin, daß die Betriebsweise des Stellmotors abgeändert wird, indem zeitweise ein Kondensator 84 parallel zu den freien Enden der Feldwicklungen 66 und 70 geschaltet wird. Hierdurch wird der Stellmotor zu einem netzgespeisten Kondensatormotor, der unabhängig von den Signalen der Vergleichsschaltung 64 arbeitet. Der Motor 68 dreht sich also in diesem Falle stets dauernd in der richtigen Richtung, um die Sonde in die Flüssigkeit einzutauchen und auf die untere Grenzfläche f zu zu bewegen. Schon nachdem die Sonde einen kurzen Weg in dem Erdölerzeugnis zurückgelegt hat, ist das ihren Q-Wert beeinflussende Kondensat mindestens teilweise abgewaschen. Nach dem Eintauchen in das Erdölerzeugnis beträgt die Resonanzfrequenz der Sonde 158 MHz. Da aber der Q-Wert immer noch durch das Kondensat verringert sein kann, wird vorzugsweise der Oszillator ebenfalls auf 158 MHz abgestimmt, so daß ein möglichst großes Empfangssignal von der Sonde abgenommen werden kann, um den Stellmotor mit möglichst großer Geschwindigkeit anzutreiben, daß er die Sonde in ihre untere Stellung zurückbringt. Der Wert des Kondensators 76 muß natürlich etwas abgeändert werden, um statt des vorher verwendeten Signals von 159 MHz eines von 158 MHz zu erzeugen. Auch wird die Resonanzfrequenz der Sonde in ihrer Normalstellung zur Feststellung der unteren Grenzfläche etwas geringer (z. B. 155 MHz) sein, aber auf alle Fälle bleibt die Sonde um einen festen Abstand oberhalb der unteren Grenzfläche stehen. Das Ein- und Ausschalten des Kondensators 84 kann mittels eines Relais 86 vorgenommen werden, dessen Anschlüsse gemäß Fig. 5 zu der Fernüberwachungsstation führen. Wenn das Relais 86 angezogen hat, wird über entsprechende Kontakte der Kondensator 84 mit den freien Enden der Feldwicklungen 66 und 70 verbunden, während nach dem Abfallen des Relais 86 der Kondensator 84 wieder abgeschaltet wird. Das Relais 78 kann entweder vor oder nach dem Anziehen des Relais 86 eingeschaltet werden, und das Relais 86 kann jederzeit ausgeschaltet werden, bevor die Sonde 10 ihre untere Grenzstellung erreicht.
Das zweite Mittel zur Erreichung dieses Ziels beruht ebenfalls darauf, daß die Sonde normalerweise sich in der Nähe der unteren Grenzfläche aufhält, und besteht in einer zeitweisen Abänderung der Vergleichsschaltung 64. Hierzu dient ein Schalter 88 in einer der Zuleitungen für die Bezugs spannung zwischen der Sekundärspule 65 und der Vergleichsschaltung 64. Der Schalter 88 kann am Gehäuse 18 oder in der Überwachungsstation angebracht sein.
Wenn der Schalter 88 offen und die Sonde 10 in ihrer oberen Stellung ist, erhält die Vergleichsschaltung keine Bezugsspannung, und die von der Vergleichsschaltung gelieferte Spannung stellt die volle Empfangs spannung dar und nicht eine Differenzspannung wie vorher. Auch wenn also der Q-Wert durch kondensierte Feuchtigkeit wesentlich verringert ist, tritt doch ein Empfangssignal von ausreichender Stärke auf, um den Stellmotor anzutreiben und die Sonde aus ihrer oberen in die untere Stellung überzuführen. Hierbei wird aus den gleichen Gründen wie oben vorzugsweise eine Umschaltfrequenz von 158 MHz verwendet. Nachdem die Sonde eine kurze Strecke in das Erdölerzeugnis p eingetaucht ist, kann die Schaltung durch Schließen des Schalters 88 wieder in ihren normalen Betriebszustand zurückkehren.
Je höher der Q-Wert der Sonde ist, desto größer ist offenbar die Genauigkeit bei der Messung der Pegelhöhe an der Zwischenfläche. Dies läßt sich ohne weiteres an der ausgezogenen Kurve in Fig. 6 ablesen, die zu einer Sonde mit verhältnismäßig hohem O-Wert gehört. Da die Anordnung eine gewisse Trägheit besitzt, ergeben, wenn der Stellmotor sich in Ruhe befindet und damit das verstärkte Empfangssignal 16 Volt beträgt, sehr kleine Anderungen in der Abstimmfrequenz der Sonde keine ausreichende Änderung der Empfangs spannung, um den Stellmotor zu betätigen. So ergibt sich eine gewisse Toleranz für die Stellungen der Sonde relativ zur Oberfläche der Flüssigkeit, bei denen der Stellmotor noch in Ruhe. bleibt. Um die Genauigkeit derartiger elektronischer Pegelstandsanzeiger zu verbessern, sind erhebliche Anstrengungen gemacht worden, um Sonden mit einem wesentlich höheren Q-Wert zu bauen, deren Resonanzkurve also wesentlich schmäler als diejenige in Fig. 6 ist. Die Verwendung solcher Sonden mit höherem 0-Wert hat aber die Anwendung eines Gebersignals von geringerer Frequenz (z. B. 159 MHz), das nicht gleich der natürlichen Resonanzfrequenz der in die Flüssigkeit eingetauchten Sonde ist, schwierig gemacht.
Mit der Schaltung nach Fig. 7 können auch diese Sonden mit hohem Q-Wert verwendet werden, während gleichzeitig der Vorteil beibehalten wird, daß eine einzige Sonde zur Messung der oberen und unteren Grenzfläche des Erdölproduktes verwendet werden kann. Bei dieser Ausführungsform werden das Oszillatorsignal und das Empfangssignal in gleicher Weise wie oben zu und von der Sonde geleitet. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 bezeichnet. Das Empfangssignal wird vom Innenleiter 32 des koaxialen Kabels 24 wieder auf einen Verstärker gegeben, um den Stellmotor 68 zu speisen. Dieser Verstärker war in Fig. 5 nicht im einzelnen dargestellt und einfach mit 60 bezeichnet worden. In Wirklichkeit sind natürlich wie üblich mehrere Verstärkerstufen hintereinandergeschaltet, um ein ausreichendes Signal zur Speisung des Stellmotors 68 zu erhalten.
Gemäß Fig. 7 wird das Empfangssignal über die Ader 99 auf das Gitter eines Systems 100 einer Doppeltriode 101 gegeben. Ein Gitterableitwiderstand 182 und ein Oberbrückungskondensator 104 verbinden das Gitter des Systems 100 mit Erde. Die Kathode des Systems 100 ist über einen Vorwiderstand 106 und einen Überbrückungskondensator 108 mit einstellbarem Abgriff am Widerstand 106 mit Erde verbunden. Die Anode der Triode 100 ist über Widerstände 110 und 112 und die Adel 114 an das Netz angeschlossen. Von der Anode der Triode 100 führt ein Kopplungskondensator 116 zum Gitter des anderen Triodensystems 118 in derDoppeltriode 101.
Das System 118 stellt die zweite Verstärkerstufe für das Empfangssignal dar. Das Gitter des Systems 118 ist über einen Widerstand 120 geerdet, während die Kathode über einen Vorwiderstand 122 und einen Überbrückungskondensator 124 in bekannter Weise geerdet ist. Die Anode des Systems 118 ist über Widerstand 126 und Ader 114 mit der positiven Sp,nnungsquelle verbunden. Die Kathoden der bIrlen Systeme 100 und 118 sind in bekannter Weise geheizt, wobei selbstverständlich auch getrennte Triodenröhren verwendet werden könnten.
Die Anode des Triodensystems 118 ist mit der Kathode des Triodensystems 100 über einen Widerstand 128 verbunden, der in bekannter Weise eine Rückkopplung bewirkt. Im normalen Betrieb dieser Schaltung stelit der Triodenteil 100 einen geregelten Verstärker für das Empfangssignal dar. Zusätzlich zu dem Gleichspa'inungsaNall am Widerstand 106 tritt also ein Spannungsabfall infolge des Wechselstromes, der den nicht durch den Kondensator 108 überbrückten Teil des Widerstandes 106 durchfließt. Diese durch den Wechselstrom bewirkte Vorspannung wird vom Anodenstrom der Triode 100 und der Gegenkopplung von der Anode des Triodenteils 118 abgeleitet. Durch Veränderung des Abgriffs am Widerstand 106 läßt sich der Verstärkungsfaktor einstellen.
So läßt in bekannter Weise die gewünschte Verstärkerkennlinie erzielen sowie die maximale Intensität des Empfangssignals regeln.
Das verstärkte Empfangssignal wird dann auf das Gitter des Triodensystems 118 zur weiteren Verstärkung gegeben. Von der Anode des Systems 118 gelangt das Empfangssignal auf weitere Verstärkerstufen, die mit 60' bezeichnet sind und in denen das Empfangssignal insgesamt auf die gleiche Höhe verstärkt wird wie in dem früher erwähnten Verstärker 60. Das verstärkte Empfangssignal gelangt dann wie vorher in die Vergleichsschaltung 64, um den Betrieb des Stellmotors 68 zu steuern. Bei einem Empfangssignal von weniger als 16 Volt (Bezugsspannung der Vergleichsschaltung) dreht sich also der Stellmotor derart, daß die Sonde angehoben wird, während bei einem Empfangssignal von mehr als 16 Volt der Stellmotor die Sonde senkt. Bis hierher wurde angenommen, daß die Frequenz des vom Oszillator 28 abgegebenen Signals 130 MIlIz ist und daß die Resonanzfrequenz der Sonde in Luft ebenfalls 163 MHz beträgt.
Aus Fig. 8 ist nun ersichtlich, daß bei einer Sonde mit wesentlich höherem Q-Wert als vorher das Empfangssignal bereits auf 16 Volt absinkt, wenn die Sonde auf eine Resonanzfrequenz von 161 MHz verstimmt wird, während vorher angenommen worden war, daß dies erst bei einer Verstimmung auf 160 MHz eintritt. Die Sonde bleibt also bereits in der Meßstellung stehen, wenn sie in geringerem Ausmaß in die Flüssigkeit eingetaucht ist als vorher. Da die Sonde selbst weniger stark verstimmt wird, wenn sie sich in der Fühlstellung befindet, sind offenbar bei derartigen Sonden mit hohem Q-Wert geringere Änderungen der Pegelhöhe der Flüssigkeit und entsprechende Änderungen der Resonanzfrequenz der Sonde erforderlich, um den Stellmotor 68 bereits in Betrieb zu setzen. Wenn in diesem Falle der Oszillator wie vorher auf eine Frequenz von 159 MHz umgeschaltet würde, so würde wegen der starken Überhöhung der Resonanzkurve nur noch eine ganz geringe Empfangsspannung auftreten, so daß der Stellmotor 68 nicht veranlaßt würde, die Sonde in die Meßstellung für die untere Zwischenfläche abzusenken.
Um den Stellmotor 68 zu betätigen und ihn mit größter Geschwindigkeit zu drehen, wenn die Sonde in die Meßstellung für die untere Zwischenfläche abgesenkt werden soll, sind folgende Maßnahmen getroffen: Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß eine Ader 130 von der Kathode des Systems 100 zu einer Hochfrequenzdrossel 132 geht, die ihrerseits mit einem Kondensator 134 verbunden ist. Die andere Belegung des Kondensators ist an einen Schaltkontakt t36 angeschlossen, der mit einem Richtleiter 138 (Silizium-Flächengleichrichter) verbunden ist. Das andere Ende des Richtleiters 138 ist geerdet. Parallel zum Kondensator 134 ist ein Widerstand 140 geschaltet.
Diese Schaltelemente haben im Normalbetrieb keinen Einfluß auf die beschriebene Schaltung da in diesem Falle die Kontakte 136 offen sind. Wenn jedoch die Sonde zur unteren Grenzfläche gebracht werden soll, wird ein Relais 78' betätigt. Dieses Relais hat zwei Aufgaben. Einerseits schaltet es den einstellbaren Kondensator 76 parallel zur Induktivitätsschleife 31, wodurch die Frequenz des Oszillators auf 158 MHz eingestellt wird. Andererseits schließt das Relais 78' den Kontakt 136. Hierdurch wird die Gegenkopplung des Triodenteils 100 aufgehoben, so daß dieser das Empfangssignal mit größtmöglichstem Verstärkungsfaktor verstärkt. Dieser Verstärkungsfaktor ist mehrere Male größer als die mit der Gegenkopplung normalerweise erzielte Verstärkung. Wegen der verzögernden Wirkung des Kreises 130 bis 138 wird aber nur während einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer die Gegenkopplung aufgehoben und die Maximalverstärkung erzielt. Diese Zeit ist so gewählt, daß sie ausreicht, um den Sondendrabt 48 voll in die Flüssigkeit p einzutauchen, so daß er etwa 6 mm absinkt. Sobald der frei liegende Teil des Drahtes 48 vollständig eingetaucht ist, hat die Resonanzfrequenz der Sonde den festen Wert 158 MHz eingenommen.
Hiernach kehrt die Verstärkung des Triodenteils 100 selbsttätig auf ihren gewöhnlichen Wert zurück, und die Schaltung bewirkt eine Senkung der Sonde 10, bis die Meßstellung für die Zwischenfläche erreicht ist.
Die Beziehung des Oszillatorsignals nach der Umschaltung und der Resonanzfrequenz der Sonde unter diesen Bedingungen ist in Fig. 8 ersichtlich.
Wie man sieht, wird durch den Kondensator 1134 und den Halbleiter 138 der Kathodenvorwiderstand 106 umgangen. Der Gegenkopplungswechselstrom folgt diesem Nebenschluß geringeren Widerstandesn solange ein Gleichstrom durch den Richtleiter 138 fließt. Dieser Gleichstrom kommt von der mit ihm verbundenen Belegung des Kondensators 134, die bei geöffnetem Kontakt 136 die gleiche positive Ladung wie die Kathode des Triodenteils 100 hat, da die Belegung über den Widerstand 140 gleichstrommäßig mit der Kathode verbunden ist. Wenn der Kontakt 136 geschlossen wird, fließt diese Ladung als Gleichstrom mit der Stärke mehrerer Milliampere durch den Richtleiter 138. Infolgedessen ist der Widerstand des Richtleiters 138 für Wechselstrnm und Gleichstrom sehr gering. Nach einer verhältnismäßig langen Zeit in der Größenordnung von z. B. 25 Sekunden sinkt der vom Kondensator 134 gelieferte Gleichstrom so stark ab, daß der Widerstand des Richtleiters 138 zu einem wohldefinierten Sperrwert kräftig ansteigt.
Es ist nämlich eine Eigenschaft derartiger Halbleiter, daß ihr Widerstand umgekehrt proportional zur Stromstärke ist. Der Halbleiter 38 sperrt nun praktisch jeden größeren Wechsel- oder Gleichstrom.
Hierbei sei bemerkt, daß die Spannung am Kondensator 134 etwa 2 Volt betragen soll, wenn der Kontakt 136 geschlossen wird. Diese Spannung reicht aus, um die Stromstärke durch den Halbleiter so hoch werden zu lassen, daß dessen Widerstand vorübergehend verschwindet. Die Gegenkopplungsspannung liegt jedoch in der Größenordnung von nur 0,2 Volt.
Diese Spannung liegt unterhalb des Spenwertes des RichLieiters 138, so daß dieser einen so hohen Widerstand gegen den Stromfluß aufweist, daß er keine Gleichrichterwirkung ausübt. Die Gegenkopplung für den Triodenteil 100 behält also ihre charakteristische Wellenform bei, wenn der Spenwert der Flächendiode 138 nach dem Abfließen einer bestimmten Strommenge aus dem Kondensator 134 wieder erreicht ist. ttit Hilfe dieser selbsttätigen Verzögerungsschaltung wird also bei Einschaltung des Relais 78' zunächst der Oszillator von 163 auf 158 MHz umgeschaltet (Fig. 8! und gleichzeitig das Empfangssignal wesentlich höher als normal verstärkt, da die Gegenkopplung am Triodenteil 100 während einer bestimmt ten Zeit wegfällt. Diese Zeit reicht aus, um die Sonde so weit abzusenken, daß der Draht 48 in das Erdölerzeugnis völlig eingetaucht wird. Aus Fig. 8 geht hervor, daß an sich der Stellmotor die Sonde anheben würde, wenn diese sich in ihrer Fühlstellung für die obere Grenzfläche befindet und das Empfangssignal normal verstärkt wird. Diese unerwünschte Tatsache wird durch die erhöhte Verstärkung umgangen, die durch die beschriebene zeitweise Ausschaltung der Gegenkopplung erreicht wird. Wegen der verzögernden Eigenschaft der beschriebenen Schaltung kehrt der Triodenteil 100 selbsttätig zur Normalverstärkung zurück, wenn das Oszillatorsignal mit der Resonanzfrequenz der eingetauchten Sonde übereinstimmt und damit ein Empfangssignal vom Maximalwert verfügbar ist, welches den Stellmotor 68 derart antreibt, daß die Sonde in geringstmöglicher Zeit in ihre untere Meßstellung übergeführt wird (Fig. 8). Die Sonde mißt dann die Pegelhöhe der unteren Grenzfläche des Erdölerzeugnisses in der gleichen Weise, wie beschrieben, wobei sie auf 156 MHz verstimmt wird.
Wenn sie von der unteren Meßstellung in die obere Meßstellung zurückkehren soll, braucht nur das Relais 78' abgeschaltet zu werden. Das Empfangssignal wird dann in gleicher Weise wie vorher verstärkt und bewirkt, daß die Sonde sich nach oben bewegt. Die einzige Wirkung der Öffnung des Kontaktes 136 liegt darin, daß die Ladung auf beiden Seiten des Kondensators 134 über den Widerstand 140 wieder ausgeglichen werden kann.
Nachstehend werden die Werte der einzelnen Schaltelemente in einer ausgeführten Schaltung nach Fig. 7 angegeben: Doppeltriode 101 ..... ..... 12 AT 7 Widerstand 102 . . 270 kOhm Kondensator 104 . 100 pF Widerstand 106 . . . 10 kOhm Kondensator 108 . ..... 50 FF Widerstand 110 ..... ... 470 kOhm Widerstand 112 . . 22 kOhm Kondensator 116 . ..... 0,1 FF Widerstand 120 . ...... 1 MOhm Widerstand 122 . . . . . . 2700 Ohm Kondensator 124 . 50, Widerstand 126 . . . 100 kOhm Widerstand 128 . 1 MOhm Drossel 132 0,8 FH Kondensator 134 . ..... 50 FF Widerstand 140 ... 470 kOhm Die Verzögerung der beschriebenen Schaltung ist offenbar mindestens teilweise vom Wert des Kondensators 134 abhängig, so daß durch entsprechende Wahl dieses Kondensators die Verzögerung vergrößert oder verringert werden kann.
Wie aus Fig. 7 ferner hervorgeht, ist parallel zur Induktivitätsschleife 31 ein verstellbarer Kondensator 144 geschaltet, und auch der Verstimmungskondensator 76 ist verstellbar. Es wurde nämlich gefunden, daß es in der Praxis schwierig ist, stets die gleichen Abstimmeigenschaften der verschiedenen Teile mit den zur Erzielung genauer Messungen nötigen Toleranzen zu erzielen. So kann z. B. der Q-Wert der Sonde sich ändern, und auch die Resonanzfrequenz der Sonde in Luft kann verschiedene Werte annehmen. Es wurde jedoch gefunden, daß bei einer bestimmten Sonde, die eine bestimmte Resonanzfrequenz in Luft aufweist, der Frequenzunterschied beim Eintauchen dieser Sonde in ein Erdölerzeugnis stets den gleichen Wert besitzt. Für praktische Zwecke wird also eine parallel zur Induktivitätsschleife 31 geschaltete Kapazität stets diesen Frequenzunterschied zwischen der Resonanz der Sonde in Luft und derjenigen in dem Erdölerzeugnis herstellen. Vorzugsweise wird so vorgegangen, daß der Oszillator 28 stets durch Einstellung des Kondensators 144 auf eine feste Normalsonde in Luft abgestimmt wird. Es wird angenommen, daß die Normalsonde eine Resonanzfrequenz in Luft von 163 MHz aufweist und bei dieser Frequenz ein Empfangssignal von 32 Volt ergibt, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Wenn die Normalsonde so weit in die Flüssigkeit eingetaucht ist, wie es der Pegelmeßstellung entspricht, soll sie eine Resonanzfrequenz von 161 MHz und ein verstärktes Empfangssignal von 16 Volt aufweisen. Die Sonde wird dann völlig in die Flüssigkeit eingetaucht und der Kondensator 76 parallel zur Schleife 31 geschaltet und so verstellt, daß der Oszillator genau ein Signal von 158 MHz abgibt.
Dies entspricht der Resonanzfrequenz der Sonde beim Eintauchen in die Flüssigkeit. Der Kondensator 76 wird dann gesichert und ergibt so einen festen Wert, der beim Einschalten jedesmal die gewünschte Frequenzänderung in sehr genauer Weise bewirkt.
Bei der praktischen Verwendung müssen natürlich die Sonden auswechselbar sein. Bei der Einrichtung muß also der Oszillator so nachgestimmt werden, daß er bestimmt auf die Resonanzfrequenz der verwendeten Sonde abgestimmt ist. Bei der praktischen Herstellung kann es vorkommen, daß eine Sonde z. B. eine Resonanzfrequenz von 164MHz in Luft aufweist. Um dies auszugleichen, kann der Kondensator 144 nachgestellt werden, so daß der Oszillator ebenfalls eine Frequenz von 164 14Hz abgibt. Es steht aber fest, daß eine Sonde mit der Resonanzfrequenz 164 14Hz in Luft eine Resonanzfrequenz 159 MHz in der Flüssigkeit besitzt. In den praktisch vorkommenden Grenzen kann also der gleiche einmal für den Kondensator 76 eingestellte Kapazitätswert stets die gewünschte Frequenzänderung herbeiführen, so daß der Oszillator jeweils die Resonanzfrequenz einer Sonde in Luft besitzt und selbsttätig auf die Resonanzfrequenz der gleichen Sonde umgeschaltet werden kann, wenn diese in die Flüssigkeit eingetaucht ist.
All dies führt zu einer Pegelmessung mit größerer Genauigkeit und geringerem Aufwand, wobei insbesondere eine einzige Sonde zur genauen Bestimmung der oberen und unteren Grenzfläche einer Flüssigkeit verwendet werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektronischer Pegelstandsanzeiger für Flüssigkeiten mit einer der Flüssigkeitsoberfläche folgenden Sonde, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, welche wahlweise die Herstellung einer bestimmten Lagebeziehung zwischen der Sonde (10) und der oberen Grenzfläche einer Flüssigkeit (p) oder zwischen der Sonde und der unteren Grenzfläche (f) der Flüssigkeit gestattet.
2. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (10) mit einem Hochfrequenzoszillator (28) verbunden ist und eine in der Nähe der Oszillatorfrequenz liegende Resonanzfrequenz aufweist, welche sich in Abhängigkeit von der Lage der Sonde (10) relativ zu den Flüssigkeitsgrenzflächen ändert, daß eine Regel anordnung (64, 68) vorgesehen ist, welche die Sonde in solcher Lage zu der Flüssigkeitsgrenzfläche hält, daß die Resonanzfrequenz der Sonde stets um einen bestimmten Betrag von der Oszillatorfrequenz abweicht, und daß die Oszillatorfrequenz mit einer Umschaltvorrichtung (76, 78) entsprechend der durch das Eintauchen der Sonde in die Flüssigkeit bewirkten Änderung der Resonanzfrequenz der Sonde (10) umschaltbar ist.
3. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oszillatorsignal mit Niederfrequenz moduliert ist, daß die Sonde (10) einen eine abgestimmte Antenne bildenden Draht (48) enthält und daß die Regelanordnung (64, 68) einen Stellmotor (68) enthält, der die Sonde (10) zur Einhaltung eines mittleren Wertes der an dem Draht (48) abgenommenen und demodulierten Empfangsspannung hebt oder senkt.
4. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (48) an seinem unteren Ende mit einer Scheibe (71) versehen ist, die mit dem die untere Grenzflächc (f) der Flüssigkeit (p) bildenden Stoff (w) eine kapazitive Wirkung ergibt.
5. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (10) von einem Metallzylinder (50) zur Abschirmung des Drahtes (48) umgeben ist, aus dem nur das untere Ende des Drahtes und die an ihm befestigte Scheibe (71) hervorragen.
6. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallzylinder (50) vollständig mit einem Dielektrikum (82) ausgefüllt ist.
7. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (82) aus einem mit kleinen hohlen Glasperlen versetzten Gießharz besteht.
8. Pegelstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (68) ein Zweiphaseninduktionsmotor ist und daß eine Vergleichsschaltung (64), welcher die Empfangs spannung und ein festes Bezugssignal zugeführt werden, an eine Wicklung (66) des Stellmotors angeschlossen ist.
9. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (88) zur Ausschaltung des Bezugssignals vorgesehen ist.
10. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (84) mittels eines Relais (86) derart an die freien Enden der Motorwicklungen (66, 70) anschaltbar ist, daß der Motor (68) als Einphasen-Kondensatormotor arbeitet.
11. Pegelstandsanzeiger nach einem der Ansprüche2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (28) einen Topfkreis (31) aufweist und daß zur Frequenzumschaltung ein Kondensator (76) mittels eines Relais (78) parallel zu dem Topfkreis (31) schaltbar ist.
12. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltkondensator (76) und ein ständig im Topfkreis (31) liegender Kondensator (144) einstellbar sind.
13. Pegelstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 2 bis 12, gekennzeichnet durch einen der Vergleichs anordnung (64) vorgeschalteten Empfangsverstärker (60) und durch eine Anordnung (130 bis 138), die bei der Umschaltung der Oszillatorfrequenz auf den niedrigeren Wert den Verstärkungsfaktor des Empfangsverstärkers vorübergehend erhöht und nach dem Eintauchen der Sonde (10) in die Flüssigkeit auf seinen Normalwert zurückstellt.
14. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur zeitweisen Erhöhung des Verstärkungsfaktors aus einem elektronischen Zeitglied (130 bis 138) besteht.
15. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (60) einen Vorverstärker mit einer Elektronenröhre (100) enthält) deren Kathodenwiderstand geerdet ist und von einem Gegenkopplungsstrom durchflossen wird, und daß das Zeitglied parallel zum Kathodenwiderstand (106) geschaltet ist und einen mit der Kathode verbundenen Kondensator (134) und eine damit in Reihe liegende Halbleiterdiode (138) enthält.
16. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied einen von dem Umschaltrelais (78) gesteuerten Schaltkontakt (136) enthält, der beim Einschalten des Verstimmungskondensators (76) geschlossen wird.
17. Pegelstandsanzeiger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Kondensator (134) in dem Zeitglied ein Widerstand (140) liegt.