DE1252921B

DE1252921B - Device for monitoring the filling status of a container

Info

Publication number: DE1252921B
Application number: DE1963F0040934
Authority: DE
Inventors: Georg Fritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-10-08
Filing date: 1963-10-08
Publication date: 1967-10-26
Also published as: AT249397B

Description

Gerät zur Überwachung des Füllzustandes eines Behälters Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Überwachung des Füllzustandes eines Behälters mit einer in den Behälter eintauchenden Sonde, deren Kapazität gegenüber den Behälterwandungen durch das Füllgut veränderbar ist, und mit einer auf die Kapazitätsänderungen ansprechenden Einrichtung, bestehend aus einer die Sondenkapazität enthaltenden Wechselstrombrücke, deren Elemente zugleich die Schwingkreise eines Oszillators bilden, wobei das Maß der Rückkopplung von der Verstimmung der Brücke abhängig ist und die Schwingbedingungen erst bei einer bestimmten Verstimmung der Brücke erfüllt sind.Device for monitoring the filling level of a container The invention relates to a device for monitoring the fill level of a container with an in the probe immersed in the container, its capacity compared to the container walls can be changed by the filling material, and with a responsive to the capacity changes Device consisting of an alternating current bridge containing the probe capacitance, the elements of which at the same time form the resonant circuits of an oscillator, with the measure the feedback depends on the detuning of the bridge and the vibration conditions are only fulfilled with a certain detuning of the bridge.

Die bisher bekannten Geräte dieser Art haben den Nachteil, daß die Zuleitungen zu der Elektrode kurz gehalten werden müssen, weil die Kapazität der Zuleitungen sonst störend in Erscheinung tritt. Einerseits wird durch die Kapazität der Zuleitungen zur Elektrode die Empfindlichkeit des Gerätes stark herabgesetzt, weil diese Kapazität sich zur Sondenkapazität addiert und die durch die Brückenschaltung überwachte Gesamtkapazität sich bei Anderungen der Sondenkapazität prozentual um so weniger ändert, je größer die Kapazität der Zuleitungen ist. The previously known devices of this type have the disadvantage that the The leads to the electrode must be kept short because of the capacity of the Otherwise leads to disturbance. On the one hand, it is through capacity the leads to the electrode greatly reduce the sensitivity of the device, because this capacity is added to the probe capacity and that due to the bridge circuit monitored total capacity changes in percentage when the probe capacity changes the less changes, the greater the capacitance of the supply lines.

Die Kapazität der Zuleitungen ist auch deshalb sehr beträchtlich, weil abgeschirmte Leitungen verwendet werden müssen, um Einflüsse von dem Gerät fernzuhalten, die durch Anderungen der Kapazität der Zuleitungen gegenüber ihrer Umgebung bedingt sein könnten. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es bereits bekannt, die Brückenschaltung oder sogar den gesamten Oszillator in die Meßsonde selbst zu verlegen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Meßsonden sehr empfindlich sind und die abzugleichenden Elemente der Wechselstrombrücke nur schwer zugänglich sind. Außerdem ist eine Nach-Justierung der Einrichtung nur sehr schwer möglich, weil sich die justierenden Glieder relativ weit entfernt von dem Ort befinden, wo das Anzeigegerät angebracht ist, an welchem die Wirkungen der Justiermaßnahmen beobachtet werden können.The capacity of the supply lines is therefore very considerable, because shielded cables must be used to avoid influences from the device to keep away from the changes in the capacitance of the supply lines compared to their Environment could be conditioned. To avoid these difficulties, it is already known, the bridge circuit or even the entire oscillator in the measuring probe to relocate yourself. However, this has the disadvantage that the measuring probes are very sensitive and the elements of the AC bridge to be adjusted are difficult to access are. In addition, it is very difficult to readjust the device, because the adjusting members are relatively far away from the place where the display device is attached, on which the effects of the adjustment measures are observed can be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Einrichtungen zu vermeiden. Die Erfindung besteht darin, daß der Oszillator zwei hintereinandergeschaltete Transistoren aufweist, von denen der erste mit seiner Basis an einen Diagonalpunkt der Brücke angeschaltet ist und der zweite im Kollektorzweig eine Induktivität aufweist, die zur Herstellung eines Rückkopplungspfades mit einer Induktivität der Brücke gekoppelt ist. Durch die Verwendung von zwei Transistoren im Oszillator ist es möglich, die Empfindlichkeit des Oszillators gegenüber Gleichgewichtsstörungen der Wechsel- strombrücke, die durch eine Änderung der Sondenkapazität bedingt ist, beträchtlich zu erhöhen. Die Erfindung macht es möglich, bei solchen Geräten zur Überwachung des Füllzustandes von Behältern zwischen der Meßsonde und dem die Wechselstrombrücke enthaltenden Gerätekasten ein Kabel von bis zu 100 m zu verwenden, ohne daß die Ansprechempfindlichkeit des Gerätes ein zulässiges Maß unterschreitet. The invention is based on the disadvantages of the known Avoid facilities. The invention is that the oscillator has two has series-connected transistors, of which the first with his Base is connected to a diagonal point of the bridge and the second in the collector branch has an inductor that is used to establish a feedback path with a Inductance of the bridge is coupled. By using two transistors in the oscillator it is possible to increase the sensitivity of the oscillator to disturbances of equilibrium the change- current bridge, which is caused by a change in the probe capacitance, increase considerably. The invention makes it possible to use such devices Monitoring of the filling level of containers between the measuring probe and the alternating current bridge containing equipment box to use a cable of up to 100 m without the Response sensitivity of the device falls below a permissible level.

Die Verwendung sehr langer Zuleitungen zwischen Sonde und Wechselstrombrücke bringt noch die Schwierigkeit mit sich, daß die Eigenkapazität dieser Zuleitungen, die üblicherweise als Koaxialkabel ausgebildet sind, temperaturabhängig ist. Der Temperaturgang solcher Koaxialkabel kann so groß sein, daß er die Funktionssicherheit eines solchen Gerätes erheblich beeinträchtigt. Um dieser Erscheinung entgegenzuwirken, muß die dem Kabel entsprechende Kapazität, die an einem anderen Zweig der Wechselstrombrücke angeordnet ist, den gleichen Temperaturgang haben wie die Kapazität des Kabels. Ein solcher Temperaturgang kann zwar mit Hilfe elektronischer Schaltungen erreicht werden, jedoch ist der hierzu erforderliche Aufwand außerordentlich hoch, zumal die Länge des Kabels im allgemeinen erst bei der Montage eines solchen Gerätes genau bestimmt werden kann und damit weder die Größe der Kabelkapazität noch der Betrag der zu erwartenden Kapazitätsänderungen vorher bekannt sind. Diese Schwierigkeiten, die sich ebenfalls der Anwendung langer Kabel entgegenstellen, werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch vermieden, daß die der zu überwachenden Kapazität entsprechende zweite Kapazität der Brükkenschaltung durch ein Kabel und einen variablen Kondensator gebildet wird, von welchen das Kabel in Ausführung und Länge dem Verbindungskabel zwischen Sonde und Brückenschaltung gleich ist, während der Kondensator auf den Sollwert der eigentlichen Sondenkapazität, also der Kapazität zwischen Sonde und Behälterwandungen bei gefülltem bzw. ungefülltem Behälter, einstellbar ist. The use of very long leads between the probe and the AC bridge also brings with it the difficulty that the self-capacitance of these supply lines, which are usually designed as coaxial cables, is temperature-dependent. Of the The temperature drift of such coaxial cables can be so great that it does not impair the functional reliability of such a device is significantly impaired. To counteract this phenomenon, must have the capacitance corresponding to the cable on another branch of the AC bridge arranged to have the same temperature response as the capacitance of the cable. Such a temperature drift can be achieved with the help of electronic circuits are, however, the effort required for this is extremely high, especially the length of the cable is generally only accurate when installing such a device can be determined and thus neither the size of the cable capacitance nor the amount the expected changes in capacity are known in advance. These difficulties which also oppose the use of long cables, are after a Another feature of the invention avoided that the capacity to be monitored corresponding second capacitance of the bridge circuit by a cable and a variable Capacitor is formed, of which the cable in design and length of the connecting cable between Probe and bridge circuit is the same, while the capacitor is on the setpoint the actual probe capacity, i.e. the capacity between the probe and the container walls with a filled or unfilled container, is adjustable.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an eine Induktivität der Brückenschaltung ein transistorisierter Schmitt-Trigger, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer transistorisierten Verstärkerstufe, angekoppelt, dessen Betriebszustand von dem Schwingzustand des Oszillators abhängig ist und dessen Ausgangssignal Schaltmittel zur Signalgabe, z. B. ein Relais, beeinflußt. In a further embodiment of the invention, an inductance is connected the bridge circuit a transistorized Schmitt trigger, possibly under Interposition of a transistorized amplifier stage, coupled to its Operating state is dependent on the oscillation state of the oscillator and its output signal Switching means for signaling, e.g. B. a relay influenced.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung näher dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Die Zeichnung zeigt das Schaltbild eines nach der Erfindung ausgebildeten Gerätes. The invention is explained in more detail below with reference to the in the drawing illustrated embodiment described and explained in more detail. The drawing shows the circuit diagram of a device designed according to the invention.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Brückenschaltung 1 aus den Induktivitäten 3 und 4 zwischen den EckpunktenA und C bzw. A und D und den dazu in Serie geschalteten Kapazitäten in den Zweigen zwischen den Eckpunkten C und B bzw. D und B. Die Kapazität zwischen den Eckpunkten D und B ist die zu überwachende Kapazität, die sich aus der Kapazität Cx zwischen der Sonde 51 und den Wandungen des Behälters 52 und der Kapazität des Zuleitungskabels 53, die der Kapazität Cx parallel liegt, zusammensetzt. Entsprechend setzt sich auch die Vergleichskapazität zwischen den Punkten C und B aus der Kapazität eines Koaxialkabels 54, welches die gleiche Ausbildung und die gleiche Länge wie das Kabel 53 hat, und einer dazu parallelgeschalteten, variablen Kapazität Ci zusammen, welche auf die Kapazität Cx abstimmbar ist, derart, daß bei einem gewünschten Füllzustand ein Signal ausgelöst wird. In the embodiment shown in the drawing, there is the bridge circuit 1 from the inductances 3 and 4 between the corner points A and C or A and D and the capacitances connected in series for this purpose in the branches between the vertices C and B or D and B. The capacitance between the vertices D and B is the capacity to be monitored, which results from the capacity Cx between the Probe 51 and the walls of the container 52 and the capacitance of the supply cable 53, which is parallel to the capacitance Cx. Accordingly sits down also the comparative capacitance between points C and B from the capacitance of a Coaxial cable 54, which is the same design and the same length as the cable 53, and a variable capacitance Ci connected in parallel to it, which can be tuned to the capacitance Cx in such a way that at a desired filling level a signal is triggered.

Die Induktivitäten 3 und 4 sind Teile der Induktivität 2, die im Punkt A eine Anzapfung aufweist.The inductances 3 and 4 are parts of the inductance 2, which in point A has a tap.

Um stets gleiche Verhältnisse zu gewährleisten, sind die Kabel 53 und 54 miteinander verbunden. In order to always ensure the same conditions, the cables 53 and 54 connected to each other.

Das Kabel 54 ist parallel zum Kabel 53 bis zur Anschlußstelle 55 der Sonde an den Behälter 52 geführt, an dieser Seite aber nicht abgeschlossen. Es ist so auf sehr einfache Weise gewährleistet, daß die Kapazität des Kabels 54 genau der Kapazität des Kabels 53 gleich ist, und zwar unabhängig von allen äußeren Einflüssen, wie z.B. Temperaturschwankungen, weil das Kabel 54 genau den gleichen Betriebsbedingungen unterliegt wie das Kabel 53. Die Kapazität Cl kann dann beispielsweise als Drehkondensator mit Luft als Dielektrikum ausgebildet werden, so daß die Kapazität dieses Drehkondensators ebensowenig Schwankungen unterliegt wie die Sondenkapazität Cx, deren Wert im wesentlichen nur durch den Füllzustand des Behälters beeinflußt wird.The cable 54 is parallel to the cable 53 to the connection point 55 of the Probe passed to container 52, but not locked on this side. It is thus ensuring in a very simple manner that the capacitance of the cable 54 is accurate the capacitance of the cable 53 is the same, regardless of all external influences, such as temperature fluctuations because the cable 54 has exactly the same operating conditions is subject to the same as the cable 53. The capacitance Cl can then be used, for example, as a variable capacitor be formed with air as a dielectric, so that the capacitance of this variable capacitor is just as little subject to fluctuations as the probe capacitance Cx, the value of which is essentially is only influenced by the filling level of the container.

Sind die Kapazitäten in den Zweigen BC und BD ebenso wie die Induktivitäten in den Zweigen AC und AD gleich, so ist die Brücke 1 im Gleichgewicht, und es kann zwischen den Punkten A und B kein Spannungsgefälle auftreten. Der Punkt A der Brücke ist über den Kondensator 7 an die Basis des Transistors 10 angekoppelt, während der Punkt B am +-Pol einer Batteriespannung liegt, an den auch der Emitler des Transistors 10 über den Widerstand 14 angeschlossen ist. Da zwischen den Punkten A und B eine Wechselspannung nicht auftreten kann, liegt auch am Transistor 10 kein Signal. Ist dagegen die Brückel verstimmt, so wird von der zwischen den Punkten A und B auftretenden Diagonalspannung der Brücke der Transistor 10 ausgesteuert, der die zwischen den Punkten A und B herrschende Spannung verstärkt und die am Emitterwiderstand 14 auftretende Schwingung über den Koppelkondensator 13 an die Basis seines zweiten Transistors 17 führt, in dessen Kollektorkreis eine Induktivität 6 liegt, die mit der Induktivität 2 der Brücke 1 gekow pelt ist und infolgedessen die verstärkte Schwingung auf die Brücke rückkoppelt. Welcher Anteil der rückgekoppelten Schwingung auf die Basis des Transistors 10 gelangt, hängt von der Verstimmung der Brücke ab. Ist ein gewisses Maß an Verstimmung erreicht, ist die auf diese Weise erzielte Rückkopp lung stark genug, um Eigenschwingungen des Systems anzuregen, das die beiden Transistoren 10 und 17 enthält und zusammen mit den durch die Brücke 1 gebildeten Schwingkreis einen Oszillator bildet. Durch die Verwendung von zwei Transistoren im Oszillator des Gerätes war es möglich, die Ansprechempfindlichkeit des Gerätes so weit zu steigern, daß bei der Verwendung eines Kabels von 100 m Länge Kapazitätsänderungen von 0,5 pF eine sichere Umschaltung des Gerätes von einem Betriebszustand in den anderen bewirkten. Bei dem erfindungsgemäßen Gerät ist nicht zuletzt von Vorteil, daß die Phasenlage der auf die Basis des Transistors 10 rückgekoppelten Schwingung von der Richtung der Verstimmung der Brücke 1 abhängt, der mit den Transistoren 10 und 17 gebildete Oszillator aber nur dann in Schwingungen geraten kann, wenn die Rückkopplung in einer bestimmten Phasenlage erfolgt. Es treten infolgedessen nur dann Schwingungen auf, wenn die Brücke 1 in einer bestimmten Richtung verstimmt ist. Hierdurch sind stets eindeutige Betriebsverhältnisse gewährleistet. Are the capacitances in the branches BC and BD just like the inductances in the branches AC and AD the same, bridge 1 is in equilibrium and it can no voltage gradient occurs between points A and B. The point A of the bridge is coupled via the capacitor 7 to the base of the transistor 10, while the point B is at the + pole of a battery voltage, which is also the emitler of the transistor 10 is connected via the resistor 14. Since between points A and B there is a AC voltage cannot occur, there is also no signal at transistor 10. is against it If the bridge is out of tune, then the one between points A and B will be out of tune Diagonal voltage of the bridge of transistor 10 controlled between the Points A and B are amplified and the voltage occurring at the emitter resistor 14 Oscillation via the coupling capacitor 13 to the base of its second transistor 17 leads, in the collector circuit of which there is an inductance 6, which corresponds to the inductance 2 of the bridge 1 is gekow pelt and as a result the increased vibration on the Bridge fed back. What proportion of the oscillation fed back to the base of the transistor 10 depends on the detuning of the bridge. Is a certain When the degree of detuning is reached, the feedback achieved in this way is strong enough to excite natural oscillations of the system that the two transistors 10 and 17 contains and together with the resonant circuit formed by the bridge 1 a Oscillator forms. By using two transistors in the oscillator of the Device it was possible to increase the sensitivity of the device so much that when a cable of 100 m length is used, capacitance changes of 0.5 pF a safe switchover of the device from one operating state to the other caused. In the device according to the invention, it is not least advantageous that the Phase position of the oscillation fed back to the base of transistor 10 from the The direction of detuning of bridge 1 depends on that with transistors 10 and 17 formed oscillator can only start to oscillate if the feedback takes place in a certain phase position. As a result, only then vibrations occur on when the bridge 1 is detuned in a certain direction. Through this are clear operating conditions are always guaranteed.

Um festzustellen, ob der Oszillator schwingt oder nicht, ist an die Induktivität 2 der Brücke 1 eine weitere Induktivität 5 angekoppelt, die im Basiskreis eines weiteren Transistors 23 liegt, der als Vorverstärker geschaltet ist. Die am Kollektorwiderstand 24 dieses Transistors auftretende Schwingung wird über den Koppelkondensator 26 und die beiden Dioden 28 und 29 einer die Transistoren 33 und 38 aufweisenden Schmitt-Triggerschaltung zugeführt. To determine whether the oscillator is oscillating or not, you have to go to the Inductance 2 of the bridge 1 is coupled to a further inductance 5, which is in the base circuit another transistor 23, which is connected as a preamplifier. The on Collector resistance 24 of this transistor occurs oscillation via the coupling capacitor 26 and the two diodes 28 and 29 of one having the transistors 33 and 38 Schmitt trigger circuit supplied.

Durch die Dioden 28 und 29 werden die positiven Halbwellen der am Ausgang des Transistors 23 vorhandenen Schwingungen abgeschnitten, so daß der Schmitt-Trigger nur mit den negativen Halbwellen ausgesteuert wird. Der Kondensator 30 dient zur Glättung des an die Basis des Transistors 33 gelangenden Signals.Through the diodes 28 and 29, the positive half-waves of the am Output of transistor 23 cut off existing oscillations, so that the Schmitt trigger is only controlled with the negative half-waves. The capacitor 30 is used for Smoothing of the signal reaching the base of transistor 33.

Der Schmitt-Trigger ist so ausgelegt, daß der Transistor 33 gesperrt und der Transistor 38 leitend ist, wenn an der Basis des Transistors 33 ein Signal nicht anliegt. Das Relais 40 im Kollektorkreis des Transistors 38 hat dann angezogen. Kommt dagegen durch Schwingen des Oszillators ein Signal an die Basis des Transistors 33, ändert der Schmitt-Trigger seinen Betriebszustand. Der Transistor 33 wird dann leitend, während der Transistor 38 nicht leitend wird, so daß auch durch das Relais 40 kein Strom mehr fließen kanri und dieses abfällt. Das Relais 40 kann zur Steuerung von akustischen und/oder optischen Signal einrichtungen sowie zur Steuerung von automatischen Einrichtungen zum Füllen und/oder Entleeren des Behälters dienen. The Schmitt trigger is designed so that the transistor 33 is blocked and the transistor 38 is conductive when a signal at the base of the transistor 33 is not present. The relay 40 in the collector circuit of the transistor 38 has then picked up. On the other hand, if the oscillator vibrates, a signal is sent to the base of the transistor 33, the Schmitt trigger changes its operating state. The transistor 33 will then conductive, while the transistor 38 is not conductive, so that also through the relay 40 no more electricity can flow and this falls off. The relay 40 can be used for control of acoustic and / or optical signaling devices and for controlling automatic devices for filling and / or emptying the container are used.

Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Gerät durch entsprechende Abstimmung des Kondensators C, so eingestellt werden kann, daß es bei einer beliebigen Füllzustand des Behälters anspricht. Ob der Oszillator bei größerer oder geringerer Füllung schwingt, hängt von der Polung der Rückkopplungsinduktivität 6 ab. Im übrigen kommt es an sich nur darauf an, daß der Wechsel des Betriebszustandes des Oszillators dazu benutzt wird, bei Erreichen des gewünschten Füllzustandes des Behälters Maßnahmen einzuleiten, wobei durch die Ausbildung der dazu bestimmten Organe dafür Sorge getragen werden kann, ob die Maßnahmen bei Abnahme oder bei Zunahme der Behälterfüllung eingeleitet werden. It goes without saying that the device according to the invention by appropriate Tuning of the capacitor C can be adjusted so that it is at any Filling level of the container responds. Whether the oscillator is larger or smaller The filling oscillates, depends on the polarity of the feedback inductance 6. Furthermore it only depends on the fact that the change in the operating state of the oscillator is used to take measures when the desired filling level of the container is reached to initiate, whereby this is ensured through the training of the organs designated for this purpose it can be determined whether the measures are initiated with a decrease or an increase in the tank filling will.

Claims

Claims: 1. Device for monitoring the level of a Container with a probe immersed in the container, the capacitance of which is opposite the container walls can be changed by the filling material and with one on the capacity changes responsive device, consisting of one containing the probe capacitance AC bridge, the elements of which are also the resonant circuits of an oscillator form, the amount of feedback depending on the detuning of the bridge and the vibration conditions are only met when the bridge is detuned are, thereby gekeniiz e i c h n e t that the oscillator 2 is connected in series Transistors (10 and 17), of which the first with its base to a Diagonal point (A) of the bridge (1) is switched on and the second in the collector branch has an inductance (6) that is used to establish a feedback path with an inductor (2) the bridge is coupled.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that one of the to Monitoring capacity corresponding to the second capacity of the bridge circuit (1) is formed by a cable (54) and a variable capacitor (C1), of which the cable in design and length with the connecting cable (53) between the probe (51) and bridge circuit (1) is the same and the capacitor (C) to the setpoint of the actual probe capacity (Cx), i.e. the capacity between probe (51) and container walls (52) is adjustable with a filled or unfilled container.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the probe (51) leading cable (53) and the cable of the same capacity (54) parallel to one another from the bridge circuit (1) to the probe (51).

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that an inductance the bridge circuit a transistorized Schmitt trigger, possibly under Interconnection of a transistorized amplifier stage, is coupled, the Operating state is dependent on the oscillation state of the oscillator and its output signal Switching means for signal output influenced.