DE1498107A1 - Fluessigkeitsstandsmesseinrichtung - Google Patents

Description

• Flüssigkeitsstandsme@einrichtung" Die Erfindung betrifft allgemein Fühlereinrichtungen und insbesondere Fluidstandfühler.
• Seit langem besteht ein Bedarf für einen verhältnismä#ig preiswerten Pegelfühler. Obgleich in der Vergangenheit einige wohl-@ feile pegelfühler vorgeschlagen worden sind, waren sie nicht basonders genau, Die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung liefert Jedoch bei verhältni@mä#ige@ Wohlfeilheit noch hohe G-nauigkeit.
• Das elektrische Zustandsfühlergerät nach der Erfindung besteht als einer Verstärkereinrichtung, die bei Ziifuhr eines Überschusses an positiver Rückkopplung im Vergleich zur negativen Rückkopplung schwingt; der Ausgangskreis des Verstärkers liefert zwei im wesentlichen gegenphasige Ausgangssignale; zwischen den Ausgangskris und einen Eingangskreis des Verstärkers ist ein auf den Zustand ansprechendes Impedanzelement für die Zufuhr eines ersten Rückkopplungssignals zum Verstärker geschaltet und außerdem liegt zwischen diesem Eingangskreis und diesem Ausgangskreis eine veränderbare Impedanzvorrichtung für die Zufuhr ines zweiten im wesentlichen gegenphasiegen Rückkopplungssignals zum Verstärker; die Vorrichtung veränderbarer Impedanz dient dazu, die Amplitude des zweiten Rückkopplungssignals gegen einen solchen Betrag oder gegen eine solche Größe. einzustellen oder zu verstellen, da# die Ä:nplitude der Schwingung des Verstärkers auf einen vorgegebenen Wert zurückgeht.
• Die obigen und anderen Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das anhand der beigefügten Zeichnung gegeben wird. Die Zeichnung zeigt das Schaltbild eines Gerätes für die Anzeige des Plüssigkeitsstandes in einem Behälter.
• In der Zeichnung ist ein npn-Transistor 10 mit Basis 12, Kollektor 14 und Emitter iGi Teil eines Oszillatorikreis@s, und eine Eingangsklemme 15 des Oszillators liegt an der Basis12. Die Basis 20 eines zweiten npn-Transistors 18 liegt am Kollektor @14. Sein Emitter 24 ist über einen Widerstand 25 an den Eingang 15 angeschlossen. Ein Widerstand 26 liegt zwischen Emitter 24 und dem Erd oder Bezugspotential 28. Ein Kondensator 30 liegt parallel zum Widerstand 26 zwischen Emitter 24 und Erde 28. Ein weiterer Kondensator 31 liegt zwischen dem Eingang 15und dem Emitter 16. Emitter 16 ist au#erdem bei 28 geerdet.
• Der Kollektor 22 des Transistors 18 ist an ein Ende einer Primärwicklung 32 eine Transformators 34 angeschlossen. Ein Kondensator 38 und ein Widerstand 40 liegen parallel zwischen den Enden der Primärwicklung 32. Dasjenige Ende der Primärwicklung 32, das nicht an den Kollektor 22 angeschlossen ist, ist mit einer positiven Energiequelle 42 verbunden. Bin Widerstand 44 ist zwischenden positiven Pol 42 der Energiequelle ad den Kollektor 14 des Transistors 10 geschaltet. Zwischen einem ersten Ende 48 der Sekundärwicklung 36 des Transformators 34 und @@nor Elek@@de eines Kondensators 50 liegt ein Widerstand Die @@@ andere Elek@rode des Kondensators 50 ist an den Eingang 15 des Oszillators angeschlossen. Der Kondensator 50 ist in disse@ besonderenAusführungsformdie Behälterfühlereinrichtung oder der Flüssigkeit@standsfühler, und für andere Anwendungen zum Erfassen und Fühlen eines Zust@ndes braucht die Fühlereinrichtung nicht notwendigerweise ein Kondensator zu sein. Die zwelte Wicklung 36 hat einen Abgriff oder eine Anzapfung 52. die an eine zweite positive Klemme 54 einer Energiequelle angeschlossen ist. Normalerweise wird diese positive Klemme eine andere Spannnung ale die Kle2me 42 haben,obgleich die Schaltung auch so abgewandelt werden kann, daß ein Anschlu# dieser beiden Punkte @ eine gemeinsame Energiequelle möglich ist. Ein zweites Ends 56 der Sekundäwicklung 36 ist an die Basis 58 eines npn-Transistors 60 angeschlossen, dessen tollktor 62 an den Kollektor 64 eines npn-Transistors 66 angeschlos-@ sen ist,Der Emitter 68 des Transistors 60 ist an die Basis 70 des Transistors 66 angeschlossen. Ein Widerstandselement 72 eines ersten potentiometers 74 liegt in Roihe :nit einem zweiten Widenstandselement 76 eines Potentiometers 78 zwischen Emitter 68 und Erde 28. Ein drittes Widerstandselement 80 eines Poten-, tiom@ta@@82 @st parallel zu den beiden Potentiometern 74 und 78 geschaltet. Der Abgriff 84 des Potentiometers 74 ist mit dem Emitter 68 verbunden. Ein Kondensator 86 ist zwischen den Abgriff 68 des Potentiometers 78 und den Eingang 14 geschaltet. Das Potentiometer 78 ist Teil einer Abgleichvorrichtung und der Abgriff 88 kann auch als veränderbare Eingangseinrichtung oder mechanischer Eingang zur Veranderung des Ausgangssignals betrachtet werden. Ein Kondensator 90 liegt zwischen dem Abgriff 92 des Potentiometers 82 und dem Eingang 15 dep Oszillators. Ein Widerstandselement 94 ist zwischen den Emitter 96 des Transistors 66 und einen Verbindungspunkt 98-geschaltet. Ein Kondensator 100 liegt; zwischen dem Verbindungspunkt 98 und Erde 28 parallel zu einem Widerstandselement 102.
• Ein Motor, eine auf Spannung ansprechende Einrichtung oder eine Me@gerätespule war dargestellt als Wicklung 104, liegt zwischen dem elektrischen Punkt 98 und einem elektrischen Punkl 106. Der ollektor 64 des Transistors 66 ist an eine dritte positive Klemme 108 angeschlossen, die dasselbe Potential wie die Klemme 42 haben kann, Ein Widerstandselement 110 liegt zwischen derpositivenKlemme 108 und dem Punkt 106. Zenerdiode 112 liegt derart zwischen Punkt 106 und Erde 28, daß ein schwacher Strom durch die Di@de 112 zum Punkt 106 hin gerichtet ist. Eine durch eine gestrichelte Linie 114 angedeutete mechanische Verbindung führt vom Motor 104 an den Abgriff 88 und auch an eine Anzeigevorrichtung 116. Wenn die Wicklung 104 Teil einer Me@gerätespule ist, wird der Anzeiger 116 ein mit diesem Motor zusammenhängender Teil sein, obgleich die@keine notwendige Bedingung ißt. Der Abgriff 88 verändert seine Lage und daher die Ausgang@spannung in Übereinstimmung mit den Bewegungen. der mechanischen Verbindung 114 in Antwort auf Änderungen der der Wicklung 104 zugeführten Spannung.
• Im Betrieb bildendie Transistoren 10 und 18 zusammen mit dem Transformator 36 und seines den Kondensator 38 und den der positiven Rückkopplung dienenden Kondensator 50 enthaltenden Abstimmkreis einen Standardoszillatorkreis, Ohne die restliche Schaltung wird sich der Oszillator saftigen und ein Ausgangssignal maximaler Amplitude erzeugen. Der Transistor 60 bildet ein Ausgangssignal niedriger Impedanz, das durch die beiden Kondensatoren 90 und 86 zurückgekoppelt wird. Der Strom, der durch den Kondensator 90 geht, ist gegenphasig, eber in der Amplitude annähernd gleich dem. durch den Kondensator 50 in dessen dem Zustand "Behälter leer" entsprechenden Zustand, so daf3 die Wirkung der "Behälter leer"-Kapazität aufgehoben und gelöscht wird.
• Der Abgriff 92 ist so eingestellt, da# die Anzeige "Null" gegeben wird, wenn sich zwischan den Elektroden des Behälterkondensators 50 kerne Flüssigkeit, oder, allgemeiner, keCn Fluid befindet. Der Kondennator 86 ist für dieselben Anwendungen in dem Behälter montiert und wird unter allen Umständen mit Fluid bedeckt sein. Der Strom oder das Signal durch diesen Kondensator wird ebenfalls gegenphasig zum Strom im Kondensator 50 sein. Somit bildet ein durch denKondensator 86 gehendes Signal ein negatives Rückkopplungssignal. Wenn die kombinier@en Signals durch die Kondensatoren 86 und 90 gleich dem Gesamtsignal sind, de@ durch den Kondensator 50. geht, findet keine Schwingung statt.
• Es ist jedoch erwünscht, den Oszillator um eine vo@gegebene Amplitude herum schwingend zu halte so da# die Möglichkeit geg@ben ist, die dem Motor 104 zugeführte Spannung sono-hl zu senken als auch zu erhöhen, Die derKlemme 54 zugeftihrte Spannung wird such über die Basis-Emitterstrecken der Transistoren 60 und zers trischen Punkt 98 zugeführt, so da# die Epannung i@ diesen Punkt 96 kleiner als die der Klemme 54 zugeführte Spannung ist, und zwar um einen Betrag kleiner, der gleich dem Spannungsabfall in den beiden Transistoren und dem Spannungsabfall zufolge des Stromflusses durch den Widerstand 94 ist. Diese Spannung wird durch die Wechselstromaignale sus der Sekundärwicklung 36 modifiziert, die zufolge des Vorstromzustandes des Transistors 66 verstärkt und gleichgerichtet werden. MIt anderen Werten, der Trnsistor 66 wird nur die positiven und nicht die negativen Halbwellen des ankommenden Signals durchlassen. Diese positiven Halbwellen werden durch das RC-Glied 94, lrO gefiltert, so da# die Spannung am elektrischen Punkt 98 etwas die die Spannung angehoben wird, die vor der Klemme 54 erhalten wird. Die so gewonnen@ Spannung kann aus der Arbeitsweise der bei dossen gewünschter Schwingungsamplitude bestimmt werden. Des den Widerstand 110 und die Zenerdi@dc 11a enthal@@@@ Spannungsteiler@@tzwerk wird dann dazu benutst, sinBezugsmignal an dem elektrischen Punkt 106 @u liefern, das gleich dieser vorgegebenen oder Einstellspanhung am elehurdsch@@ Punkt 98 ist, Unter dieson Vernhältnissen bleibt der Motor 104 untätig, und @@ gibt keine Verstellung de@ Abgriffes 88 oder der Anzeigevorrichtung 116.
• Wenn der Fluidpegel im Behälter in Richtung auf steigende Kapazität des Kond@@@ator@ 50 ansteigt und dadurch eine Zunahme des positiven Eückkopplungsstromes bewirkt wird, nimmt die Schwingungsamplitude zu. Mit Vergrö#erung der Schwingungsamplitude nimmt @uch die Spannung @m elektrischen Punkt 98 zu, @o da# der Motor 104 den Abgriff 88 des Potentiom@ters78 @@verstellt da# der Betrag des die negative Rü@kkopplung irkenden Signals zunimmt, wodurch die Schwingurgsamplitude in Ei@htung @@@ @@@@@ ursprünglichen Wert vorändort wird.
• W@@@ @@@ Flundpeg@@ T@@lt und e@@@@@@ des Kondensators 50 verringert bewegt sich der Abgriff 88 in entgegengesetzter Richtung, wodurch die negative Rückkopplung vermindert und die Schwingungsamplitude in Richtung auf den ursprünglichen Wert erhdht wird.
• Es Bei darauf hingewiesen, daß nicht nur, wie hier gezeigt, ein mit Gleichspannung zu betreibender Motor, sondern auch ein durch Wechselstrom zu betreibender Motor benutzt werden kann, wenn ein Wechselspannungsbezugssignal statt der betriebenen Gleichspannung dem elektrischen Punkt 106 zugeführt wird. Ferner kann eine Abgleichvorrichtung in Form eines festen Zustandes (solid state form of rebalance means) benutzt werden, die die Ausgangsspannung vom Emitter 68 des Transistors EO wegnimmt und dies. Information zum Ablesen und @uch zum Einstellen der dem Kondensator 86 sugeführten Spannung benutzt.
• Patentansprüche t

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1) Elektrische Fühler- oder Detektorschaltung, d a@d u r c h g e k e n n « e i ¢ h n e t , daß ein bei Zufuhr eines Überschusses an posifiver Rückkopplung im Vergleich zur negativen Rückkopplung schwingender Verstärker einen Ausgangskreis aufiweist, der Ausgangssignale einer ersten Phasle und von im wesentlichen entgegengesetzter Phase liefert, daß ein den Zustand erfassendes Impedanzelement zwischen den Ausgangskr@is und einen Eingangskreis des Verstärkers für di@ Zufuhr. eines ersten Rückkopplungssignals zu dem Verstärker geschaltet ist, daß auch in index Impedanz veränderbare Impedanzvorrichtung zwischen den Ausgangskreis des Verstärkers und den Eingangskreis geschaltet ist, um letzterem ein zweites Rückkopplungssignal, das im wesenthohen gegenphasig ist, zuzuführen, und da# die in der Impedanz veränderliche Impedanzvorrichtung dazu dient, automatisch die Amplitude des zweiten Rückkopplungssignals in Richtung auf einen solchen Betrag hin zu verstellen, da# die Schwingungsamplitude des Verstärkers auf einen vorgegebenen Wert zurückgeht.
2. 2) Gerät nach @nspruch 1, d a d u r o h g e k e n n z e i c hn e t S daß das Verstärkerausgangssignal der ersten Phase auf den Verstärkereingang über das den Zustand erfassende Impendanzelement zurückgekoppelt wird, daß das Verstärkerausgangssignal entgegengesetzter Phase sowohl als zweite Rückkopplung dem Verstärkereingang über die veränderbare Impedanz, als auch der Anzeigevorrichtung zugeführt wird, wobei diese ein Ausgangssignal liefert, wenn das ihr zugeführte Signal von einem vorgegebenen Wert abweicht, und daß das Ausgangssignal der Anzeigevorrichtung zur Steuerung der veränderbaren Impedanz benutzt wird, um das zweite Rückkopplungssignal in Richtung auf einen solchen Betrag zu verstellen, daß das der Anzeigevorrichtung zugeführte Signal auf den genannten vorgegebenen Wert zurückkehrt.
3. 3) Schaltung nachAnspruch 1 oder 2, d z d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die positive Rückkopplung grä#er als die negative Rückkopplung gehalten wird, un den Verstärker in Schwingung zu halten.
4. 4) Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 zum Erfassen des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, d a -d u r ¢ h g e k e n n z e e i a h n e t, daß das den Zustand erfassende Impedanzelement dem Behälter zugeordnet ist, und daß ein Rückkopplungssignal zusätzlich zu dem zweiten Rückkopplungssignal und von gleicher Phase dem Verstärkereingang zugeführt wird, um das Rückkopplungseingangssignal zu löschen, das durch die den Zustand erfassende Impedans wirkt, wenn der Behälter sich in seinem anfangs- oder Bozugszustand, beispielsweise imleeren Zustand, befindet
5. 5) Schaltung nach Anspruch 4, d a d u r e h ; k e n m z e i o c h n e t, daß die den Zustand ofass@nde Impedanz ein einen Flüssigkeit@@tand erfassander Kondensator ist. daß das sweit. Rückkopplungssignal dem Verstärkereingang durch einen Rückstell- oder Abgleichkondensator zugeführt wird, und daß das zusätzliche Rückkopplungssignal mit gleicher Phase wie die zweite Rückkopplung durch einen "Behälter leer" - Kondensator zugeführt wird.
6. 6) Schaltung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Amplitude des Rückkopplungssignals durch den "Behälter leer -Kondensator beliebig einstellbar ist, und daß in gleicher Weise die Amplitude des Rückkopplungssignals durch denAbgleichkondensator nach Belieben und unabhängig von der automatischen Einstellung durch die veränderbars Impend@nzvorrichtung einstellbar let.
7. 7) Schaltung nach den Ansprüchen 1 - 6, d a d u r c h g k k e n n z a i c h n e t, daß der Schwengungs-Verstärker ein Transistorverstärker ist, und da# der Ausgangskreis desselben einen Transformator enthält, der eine Sekundärwicklung, mit an eine positive Spannung angeschlossenem, zwischen den Enden liegendem Abgriff aufweist, während zwei Ausgänge entgegengesetzter Phase von entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung genommen werden.
8. 8) Schaltung nach den Ansprüchen 1 - 7, d a d u r o h g e k e n n z e i c h n e t, da# die positive Rückkopplung durch die den Zustand erfassende Impedanz geführt wird, und da# die zweite Rückkopplung eine negative Rückkopplung bildet.
9. 9) Schaltung nach Anspruch oder einem der Ansprüche 3 bis 8 in Verbindung mit Anspruch 2, d z d u r Q h g e k @ n n z e i c h n @ t, daß die Anzeigevorrichtung eine elektri@ch erregte Bowegung ausführt oder einen elektrisch erregten Motor aufweist, um ein Ausgangssignal in Form einer mechanischen Bewegung zu @@@euger, daß das Verstärkerausgangssignal demoduliert @@@de@ Motor oder dergl. zugeführt wird,um eine Bewegung in der einen oder anderen Richtung zu erzeugen, je nachdem, ob die Spannung des demodulierten Ausgangssignals über oder unter einer zugeführten Bezugsspannung liegt.

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