DE1648070C

DE1648070C - Electric liquid level meter, especially for deep wells

Info

Publication number: DE1648070C
Authority: DE
Inventors: Zbigniew; Gradys Sllawomir; Warschau Bllaszczak
Original assignee: Przedsiebiorstwo Hydrogeologiczne w Warszawie, Warschau
Publication date: 1971-11-18

Description

I 648 070I 648 070

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Flüssigkeitsstandmesser für Flüssigkeiten mit nicht besondeis hohem spezifischem Widerstand, z. B. für Oberflächen- und Brunnenwasser, Elektrolyt* in lndustrieöehültern usw.The invention relates to an electric liquid level meter for liquids with not particularly high specific resistance, e.g. B. for surface and well water, electrolyte * in industrial oil containers etc.

Die Meßvürrichtung besteht aus einem Meßfühler, der an einem einadrigen, auf eine Trommel aufwickelbaren Seil hangt, einem Nachfolgeregler und einem Meßwertanzeiger mit Schreiber. Als Niveaumeßwert gilt die von einem Bezugspunkt aus gemessene Seillänge.The measuring device consists of a sensor attached to a single-core that can be wound onto a drum Rope hangs, a follow-up controller and a measured value indicator with a recorder. As a level reading the rope length measured from a reference point applies.

Zu den bekanntesten konstruktiven Lösungen dieser Art von Flüssigkeiissiandmessern gehören Vorrichtungen, die nach dem mechanischen, dem pneumatischen und dem elektrischen Prinzip arbeiten.The most well-known constructive solutions of this type of liquid ice knife include devices, which work according to the mechanical, pneumatic and electrical principle.

Für Sonderzwecke werden auch Strahlungsmesser verwendet, deren Wirkungsprinzip auf der Absorption \u:i Gammastrahlung eines Radioisotops beruht.For special purposes, radiation meters are also used, the principle of which is based on absorption \ u: i is based on gamma radiation from a radioisotope.

Dem Bau mechanischer Flüssigkeitsstandmesser mit Meßwertschreibern lag größtenteils der Einsatz entsprechend großer Schwimmer zugrunde, die Änderung des Flüssigkeiiistandes über ein Seil und ein mit diesem verbundenes mechanisches Gestänge auf einen Anzeiger und Schreiber übertragen. Diese Bauart hat ihrem Wesen nach eine Reihe von Beschränkungen zur Folge. Vor allem sind es die zu überwindenden mechanischen Reibungsverluste und Trägheitsmomente, die die Anwendung entsprechend großer Schwimmer bedingv-.i und dadurch den Einsatz derartiger Meßvorrichtungen t«i Bohrlöchern und Behältern mit kleinem Durchmesser und weitem Flüssigkeitsstandbereich unmöglich mach n.The main task was to build mechanical liquid level meters with recorders correspondingly large swimmers are based on the change in the fluid level via a rope and a with This connected mechanical linkage is transferred to an indicator and recorder. This type has inherently entails a number of limitations. Above all, there are those to be overcome mechanical frictional losses and moments of inertia that make the application correspondingly large Swimmers condingv-.i and thus the use of such Measuring devices for boreholes and containers with a small diameter and a wide liquid level range make it impossible.

Auf elektrischem Prinzip basierenden Flüssigkeitsstand-Meäwandlern sind zwei Grundbauarten bekannt. Die erste umfaßt Vorrichtungen, deren in die Flüssigkeit eingetauchte Wandler die Höhe der sie übersteigenden Flüssigkeitssäule in eine elektrische Große umwandeln, die wieder nach entsprechender Umformung an ein Anzeige- oder Schreibgerät weitergeleitet wird und diese Geräte betätigt. Da solche Meßwandler auf den verschiedensten Wirkungsprinzipien arbeiten, kann nur schwer eine Übersicht über ihre Hauptnachteile gegeben werden. Jedoch ist es möglich, eine Reihe von allen diesen Wandlern gemeinsamen Nachteilen anzugeben, zu denen ihre große Meßunsicherheit, der nichtlineare Skalenaufbau, die an Temperatur und Flüssigkeitsart gebundene Anzeige und viele andere gehören.Liquid level transducers based on the electrical principle two basic types are known. The first includes devices whose transducers, immersed in the liquid, measure the height of them to convert the exceeding column of liquid into an electrical quantity, which again according to the corresponding Conversion is passed on to a display or writing device and these devices are operated. Because such Measuring transducers work on the most varied of operating principles, it is difficult to get an overview their main disadvantages are given. However, it is possible to have a number of all of these converters in common To indicate disadvantages, to which their large measurement uncertainty, the non-linear scale structure, temperature and fluid type related display and many others.

Zur zweiten Grundart elektrischer Meßvorrichtungen zählen selbstkompensiereiide Vorrichtungen, bei welchen die Entfernung zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und dem Bezugspunkt mit einer entsprechenden Stab- oder Seillänge verglichen wird. Dadurch werden ein von Meßgröße und Meßbereich unabhängiger, gleichbleibender absoluter Fehler sowie eine lineare Skala erzielt.The second basic type of electrical measuring devices includes self-compensating devices which is the distance between the liquid level and the reference point with a corresponding Rod or rope length is compared. This makes it independent of the measurand and measuring range, constant absolute error as well as a linear scale achieved.

Bei einer der bekannten, nach diesem Prinzip arbeitenden Meßvorrichtungen, bei welcher der den Meßwertanzeiger mit Schreiber steuernde Nachfolgeregler mittels zweier Relais gesteuert wird, deren Steuerstromkreis über einen eintauchtiefenempfindlichen Widerstandswandler geschlossen wird, muß die Schaltung für die gegebene Flüssigkeitsart genau geeicht werden, worauf sie dann nur in einem begrenzten Leitfähigkcitsbcrcich einwandfrei arbeitet.With one of the well-known, according to this principle working measuring devices, in which the follow-up controller controlling the measured value indicator with a recorder is controlled by means of two relays, the control circuit of which is controlled by an immersion depth-sensitive Resistance converter is closed, the circuit must be precisely calibrated for the given type of liquid whereupon it only works properly in a limited conductivity range.

Es sind auch Meßvorrichtungen bekannt, deren Meßwandler mit zwei Elektroden verschen sind. So-HtM hängt der Wandler also an einem zweiadrigen Kabel, das meistens zusätzlich noch durch ein Tragseil verstärkt ist. Konstruktionsmäliiße Lösungen dieser Art sind unbequem, da sie unter anderem die Außenabmessungen der Vorrichtung bedeutend vergroßem. There are also known measuring devices whose transducers are given away with two electrodes. So-HtM the converter is attached to a two-core cable, which is usually also supported by a suspension rope is reinforced. Structural solutions of this kind are inconvenient because, among other things, they Outside dimensions of the device significantly increased.

Es sind auch Meßvorrichtungen bekannt, bei denen die untere Elektrode eines an einem leitenden Seil hängenden wechselspannungsgespeiUen Wandlers über eine Diode mn der oberen Elektrode undThere are also known measuring devices in which the lower electrode is one on a conductive Cable hanging AC voltage stored converter via a diode mn the upper electrode and

ίο dem Seil verbunden ist Das Seil ist seinerseits über wechselseitig angeschlossene Stromgleichrichier mit der Steuerschaltung eines N^chfolgereglers verbunden. Eine auf ähnlichen. Prinzip arbeitende. Vorrichtung verfügt über einen mit einem Hilfsschwimmerίο the rope is connected The rope is in turn over Alternating current rectifiers connected to the control circuit of a sequence controller. One on similar. Working principle. Device has one with an auxiliary float

und zwei wechselseitig angeschlossenen Dioden ausgestatteten Wandler, bei welchem der Schwimmer je nach seiner Lage über eine dieser Dioden einen elektrischen Kreis schließt bzw. bei einer Zwischenlage denselben offenläßt. Ein derartigen Vorrichtungenand two mutually connected diode-equipped transducers, in which the float ever according to its position via one of these diodes closes an electrical circuit or in the case of an intermediate layer leaves the same open. One such device

ao gemeinsamer Nachteil beruht darauf, daß für den Anschluß des Meßwandlers mehradrige Verbindungskabel erforderlich sind, was bei großen Tiefen umständlich oder sogar unmöglich ist. Bei Wandlern hingegen, die mittels einzelnen, nichtisolierten SeilenA common disadvantage is that multi-core connecting cables are required for connecting the transducer, which is cumbersome at great depths or even impossible. In the case of converters, on the other hand, using individual, non-insulated ropes

arbeiten, besteht bei Tiefbohrungen die Gefahr, daß bei Berührung der Bohrlochwandungen durch das Seil je nach Bauart des Geräts Fehlanzeigen oder Aussetzerscheinungen auftreten können.work, there is a risk in deep drilling that if the rope touches the walls of the borehole, depending on the type of device, false displays or Intermittent phenomena can occur.

Eine weitere elektrische, nach dem Kontaktverfahren arbeitende Vorrichtung hat den Nachteil, daß der von einem Motor angetriebene Meßwandler dauernde Auf- und Abbewegungen auf einer bestimmten Strecke ausführt (auch bei gleichbleibendem Flüssigkeitsstand), was einen schnellen Verschleiß derAnother electrical device working according to the contact method has the disadvantage that the transducer driven by a motor continuous up and down movements on a given Route (even if the fluid level remains the same), which causes rapid wear of the

Arbeitselemente, insbesondere des dauernd abwechselnd in einer und dann in der anderen Drehrichtung laufenden Motors, zur Folge h,.t Darüber hinaus wirkt sich die beträchtliche Leistungsaufnahme nachteilig auf die Entwicklung einer tragbaren und für den Feldeinsatz geeigneten Bauart aus.Working elements, in particular the permanent alternating in one and then in the other direction of rotation running engine, result h, .t In addition, the considerable power consumption has a detrimental effect to develop a portable design suitable for field use.

Ziel der vorliegenden Erfindung war es, einen Flüssigkeitsstandmesser zu schaffen, der hauptsächlich für den Einsatz in verrohrten Tiefbohrungen bestimmt und der gegen Berührungen des Seils mit den Bohrlochwandungen wenig oder überhaupt nicht empfindlich ist.The aim of the present invention was to provide a liquid level meter primarily intended for use in cased deep boreholes and that is little or not at all sensitive to contact between the rope and the walls of the borehole is.

Zur Erreichung dieses Ziels geht die Erfindung aus von einem nach dem Kontakt-Kompensationsverfahreu arbeitenden elektrischen Flüssigkeitsstandmesser mil einem Meßwandler, einem auf eine Trommel gewickelten, ein Fühlglied tragenden Seil und einem Nachfolgeregler mit Meß- und vorzugsweise Schreibwerk. Gemäß Erfindung ist dieser Flüssigkeitsstandmesser dadurch gekennzeichnet, daß sich im Meßwandler ein Oszillator befindet, der durch Relais, die in einen Kreis mit Fühlelcktrodcn, der gemessenen Flüssigkeit und einer Gegenelektrode geschaltet sind, auf drei verschiedene Festfrequenzen umschaltbar ist, von denen eine eine zu hohe, eine eine zu niedrige und die dritte die Normallage des Fühlel^ments in bezug auf den Flüssigkeitsstand anzeigt.To achieve this aim, the invention is based on a contact compensation method working electric liquid level meter with a transducer, a wound on a drum, a sensing element carrying rope and a follow-up controller with measuring and preferably writing mechanism. According to the invention, this liquid level meter is characterized in that the transducer an oscillator is located, which is measured by relays in a circle with Fühlelcktrodcn Liquid and a counter electrode are switched, can be switched to three different fixed frequencies, of which one is too high, one is too low, and the third is the normal position of the feeler indicates the fluid level.

Das Ziel der Erfindung wird also durch Anwendung eines im Meßwandlcr auf dem bekannten Kontakt-Kompensationsverfahrcn arbeitenden, umstimmbaren Meßsenders erreicht. Jc nach der Relativstellung von Meßwanöler zu Fliissigkeitsniveau erzeugt dieser eine von drei möglichen Frequenrcn. Diese Signale werden entweder durch das Tragseil oderThe aim of the invention is thus achieved by using a contact compensation method known in the measuring transducer working, tunable measuring transmitter reached. Jc after the relative position from meter to liquid level, this generates one of three possible frequencies. This Signals are either through the suspension cable or

Claims

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via the electroacoustic coupling through which the should on the other hand the fluid level st) atisici-

Bnhrloch filling air column to the recipient gene that the electrode 9 is immersed, so speaks

carry over. the relay 6 on. The Reims 6 trains through location

This invention is based on the change in the drawing of its contacts 4, the oscillator 2 on a

niing illustrated embodiments closer to 5 frequency at which the relay 18 responds,

explained. The contacts 2 · of the relay 18 switch again

F i g. I shows the reception and display part; the servomotor 14 in such a direction of rotation that the

Fig. 2 shows the cable 12 located in the transducer on the cable drum 13 until Aus.uichen

Channel; the electrode 9 is wound up.

Fig.? Shows the block diagram for application f. The measuring and writing mechanism 15 is connected to the cable 12

electroacoustic coupling. mechanically connected, the pointer of which is on a

In the transducer there is a transmitter 1 whose speaking scale shows the position of the transducer in the

Basic component of the state of equilibrium through contact springs 3 and 4, d. H. the distance / wipe

Relay 5 and 6 toggled oscillator 2 forms. Which indicates the liquid level and the reference point.

Relays are in a current path that is connected via electrical 15 The receiver and actuator are controlled by the OS

8 and 9, the measured liquid IO and Elek- zülator2 over the already mentioned rope 12 and the

trode 11 is closed and parallel to one on line 22 and the auxiliary electrode 21, which is the metal

Power amplifier 7 are connected. The outlet container of the liquid, the metal tube of the deep

of the amplifier 7 is via a metal cable 12 to which the wells, a grounding electrode, etc. can form,

Transducer connected. The rope 12 is controlled on an ao.

With a modified arrangement of the measuring pre-motor 14 and a measuring and writing unit 15, the transmission of the control signals takes place. The cable 12 is connected to the input of the receiver from the oscillator 2 via the electroacoustic wall catcher and actuator 16, which is connected to 23, the column of air inside the well pipe from a selective amplifier with amplitude 25 and 25 for the purpose of limiting interference and a frequency demodulator together with the line 26 a few meters deep into the borehole, which sets the acoustic-electrical transducer 24 lowered via its contact sets 19 and 24.
OK, the motor 14 switching on relays 17 and 18 of course, the relays 5,6,17 and Heuert. The signal circuit is used for the receiving and IS as a contactless (static), z. B. electronic control element 16 by a line 22 with an auxiliary 30 relay, be formed. In the exemplary embodiments electrode 21 is closed. for the purpose of simple explanation and illustration

In a modified arrangement, electromagnetic relays are used to develop the operating principle

output of the power amplifier 7 of the transmitter 1 is used. It is! but easily possible, instead of the re-

«Electroacoustic converter23 and at the input of Iais5and 6 e.g. semiconductor diodes with variable

Receiver and actuator 16 an acoustic-electrical 35 voltage-dependent capacitance in the resonant circuit

$ cher converter 24 connected, the two de ?. Introduce oscillator 2.

Converter 23 and 24 via the standing in the borehole 25 Since the receiving and actuating element only frequency-

Air column are coupled to each other. The converter and not amplitude sensitive have random

24, by means of the line 26, rope connections to a certain depth have only a slight influence on the operation

introduced into the borehole 25. 40 of the presumption that also applies to signal amplitude

In the drawing, the transducer is in fluctuations by several orders of magnitude reliable position with respect to the liquid level 10, sig is working. This achieves a high level of operational reliability, with the entire circuit running smoothly in the idle state and interference immunity,
fiiidet. The electrode 8 is immersed, and the elec- This property is the main advantage of this pre-electrode 9 is located above the liquid level. In the opposite direction after the contact compensator position, the relay 5 is supplied with a current by an auxiliary principle with an amplitude or polarization voltage source, in the present case the power control devices to be emphasized, the measuring amplifier 7. The also the insensitivity of the device to the circuit for the relay 5 is, as in the drawing, interference signals is not without significance. The application shown is closed via the resistance between the possibility of generating alternating current in the circle of the electrode 8 and the electrode 11 which is constantly immersed in the electrodes 8 and 9 to be measured, but in particular in the electrolyte. trode 8, ensures you a high operational stability and as a result of this state the relay 5 depending on the wear resistance.

Design its contact 3 (depending on the circuit, the fact that

(open or close) cause an oscillator 2 55 that the rope 12 made of any material, for. B.

generates a frequency to which neither the relay 17 stall !, sisal, plastic, etc., can be manufactured, whereby

nor the relay 18 responds. If the liquid - the prerequisite is that under the given Bcdin-

condition so that the electrode 8 no longer restricts a measurement uncertainty

is immersed, the contact 3 assumes a constancy of the measured values that is in one range,

immersed electrode B in the opposite position. As a 60

As a result, the oscillator now gives a frequency rate claims:

from, at the z. B. a relay 17 responds and via I. After the contact Kompcnsationsverfahrcn

its contacts 19 the servomotor 14 in such a working electrical liquid level meter

Direction of rotation turns on that coupled with it with a transducer, one on a drum

Rope drum 13 unwinds the rope 12 until the 65 wound rope carrying a filament and

Electrode 8 ν icdcr is immersed in the liquid and a follow-up controller with measuring and preferred

so the system is again wise writing when the state of equilibrium is reached, thereby

is put to rest. net that there is an oscillator (2) in the converter

is, of which are connected in a circuit with Fiihlclektroden (8,9) of the measured liquid and a counter electrode (11) with a relay (5.6), on three different Fcstfrcquen- zen is switchable.

2. Electrical liquid level meter according to claim I, characterized in that the oscillator (2) and a power amplifier (7) controlling the receiving and actuating element of the device simultaneously serve as a supply voltage source ίο for the relays (5, 6).

3. Electrical liquid level meter according to claim 1 or 2, characterized in that a to the output of the power amplifier (7)

connected electroacoustic transducer (23) is coupled via the air column (25) filling the borehole with an acoustic-electrical transducer (24) of the receiver and actuator.

4. Electrical liquid level meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the transducer (24) of the receiver and actuator on a line (26) for reducing is lowered by interfering influences below the installation height of the measuring device.

5. Electrical liquid level meter according to claim 1 or 2, characterized in that the rope as a transmission channel for the fixed frequency signal c is trained.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings