DE1773251B2

DE1773251B2 - Measuring device for liquid levels

Info

Publication number: DE1773251B2
Application number: DE19681773251
Authority: DE
Inventors: James Stewart Aldwick Bognor Regis Sussex Johnston (Grossbritannien)
Original assignee: Rosemount Engineering Co Ltd
Current assignee: Emerson Process Management Ltd
Priority date: 1967-04-20
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1974-02-21
Also published as: GB1165783A; DE1773251A1; FR1570674A; DE1773251C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät für Flüssigkeitsslände mit mehreren in unterschiedlicher Höhe angeordneten, elektrischen Flüssigkeitsfühlern, die den Durchgang von Meßsignalen mit nichtkoinzidenten Impulsen zu einem Anzeigegerät steuern.The invention relates to a measuring device for liquid land with several electrical liquid sensors arranged at different heights that control the passage of measurement signals with non-coincident pulses to a display device.

Aus der deutschen Patentschrift 1 297 884 ist ein Meßgerät für Flüssigkeitsstände bekannt, bei dem die Meßsignale über Flüssigkeitsfühler eine Sonde zu einer "Anzeigeeinrichtung übertragen werden.. Die Sonde weist Kondensatoren auf, die von einer gemeinsamen Wechselstromquelle gespeist werden undFrom the German patent specification 1 297 884 a measuring device for liquid levels is known in which the Measurement signals are transmitted via liquid sensors to a probe to a "display device .. The The probe has capacitors which are fed by a common source of alternating current and

ίο in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand Subtraktionskreise steuern, die zwei Dioden aufweisen, die jeweils mit einem von zwei Kondensatoren sowie mit einer semeinsamen Last verbunden sind. Eine derartige Anordnung ist schaltungstechnisch aufwendig undίο control subtraction circuits that have two diodes, each depending on the liquid level connected to one of two capacitors as well as to a semi-shared load. Such a one Arrangement is complex in terms of circuitry and

außerdem in erster Linie für stehende Flüssigkeiten geeignet.also primarily suitable for standing liquids.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät zu schäften, das schaltungstechnisch einfach aufgebaut ist und mit dem auch Flüssigkeits-The invention is based on the object of creating a measuring device that is simple in terms of circuitry is constructed and with which also liquid

sitände bewegter Flüssigkeiten gemessen werden können. state of moving liquids can be measured.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch einen Impulsgenerator mit mehreren Ausgängen, an die jeweils durch von Flüssigkeitsfühlern aus-This object is achieved according to the invention by a pulse generator with several outputs, to the respectively determined by liquid sensors

gelöste Steuersignale gesteuerte Torschaltungen angeschlossen sind, mit deren Ausgang ein Zähler zur Zählung der von den Torschaltungen durchgelassenen, kombinierten Impulse in einer vorgebbaren Zeitdauer verbunden sind.released control signals controlled gate circuits connected with the output of which is a counter for counting the number of gates allowed through, combined pulses are connected in a predeterminable period of time.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, welche eine schematische Darstellung eines Meßgeräts für Flüssigkeitsstände in Form eines Gezeitenpegels zeigt.In the following an embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, which is a schematic representation of a measuring device for liquid levels in the form of a Tide level shows.

Die Vorrichtung hat eine Sonde 10 mit Meßfühlern, die aus mit Abstand voneinander angeordneten Elektroden 11 bestehen, die z. B. einen Abstand von 3 cm voneinander aufweisen. Die Sonde hat eine derartige Länge, daß ihr unterster Teil bei niedrigstemThe device has a probe 10 with sensors which are spaced apart from one another Electrodes 11 exist which, for. B. have a distance of 3 cm from each other. The probe has one of these Length that their lowest part at lowest

Wasserstand immer in die See eintaucht und der obere Teil bei höchstem Wasserstand immer über den Wellen bleibt. Der Wasserpegel befindet sich deshalb immer zwischen den Enden der Sonde. Die Elektroden sind mit einer Treiber- und Ermittlungseinheit 12 verbunden, die Steuerimpulse auf einer Anzahl von Leitungen 13 liefert, ciie in binärer, digitaler Form repräsentativ für den augenblicklichen Pcgelstand der Fühlerelektroden sind, die sich zwischen der Wasseroberfläche und dem untersten Ende der Sonde befinden. Eine geeignete Treiber- und Ermittlungseinheit ist aus der deutschen Patentschrift 1 498 427 bekannt. Dieses binärcodierte Steuersignal ändert sich, wenn sich der Wasserpegel ändert, die wirksame Zeitkonstante kann jedoch in der Größen-Ordnung von Millisekunden gewählt werden und für den vorliegenden Zweck kann das binäre Steuersignal als repräsentativ für den augenblicklichen Wasserpegel angesehen werden. Das binäre Ausgangssignal steht in paralleler Form zur Verfügung und wird zu einer Reihe von UND-Gliedern 14, 15, 16 übertragen, wobei das höchstwertige digitale Signal zu dem UND-Glied 14, das nächsthöchstwertige Signal auf das UND-Glied 15 usw. übertragen wird.The water level is always immersed in the sea and the upper part is always above at the highest water level the waves. The water level is therefore always between the ends of the probe. the Electrodes are connected to a driver and detection unit 12, the control pulses on a Number of lines 13 supplies, ciie in binary, digital Shape are representative of the current level of the sensor electrodes that are between the water surface and the lowest end of the probe. A suitable driver and determination unit is known from German Patent 1,498,427. This binary coded control signal changes when the water level changes, but the effective time constant can be in the order of magnitude of milliseconds can be chosen and for the present purpose the binary control signal be regarded as representative of the instantaneous water level. The binary output signal is available in parallel form and is transferred to a number of AND gates 14, 15, 16, the most significant digital signal to the AND gate 14 being the next most significant signal is transferred to the AND gate 15, etc.

Das Ausgangssignal eines Oszillators 20 wird auf eine binäre Teilerkcttc übertragen, die aus den Teilern 21, 22, 23 usw. bestellt, wobei jeder durch einen Faktor Zwei teilt und die Teiler so angeordnet sind, daß sie nichtkoinzidente Impulse auf Ausgangslei-The output signal of an oscillator 20 is transmitted to a binary Teilerkcttc, which consists of the dividers 21, 22, 23 etc. ordered, each dividing by a factor of two and the dividers arranged so that they send non-coincident impulses on the output line

tungen 31, 32, 33 usw. erzeugen. Diese nichtkoinzidenten Impulse können leicht erhalten werden, indem man die Anordnung so trifft, daß jeder Teiler abwechselnd Signale an einen Ausgangskreis und an den nächsten Teiler in der Kette liefert. Der Oszillator 20 muß deshalb Signale mit der doppelten erforderlichen Maximalfrequenz liefern. Zum Beispiel wird angenommen, daß der Oszillator 20 ein Ausgangssignal von 200 Impulsen pro Sekunde hat, so daß der Teiler 21 ein Ausgangssignal von 100 Impulsen pro Sekunde liefert, der Teiler 22 ein Ausgangssignal von 50 Impulsen pro Sekunde usw. Das" Ausgangssignal des Teilers 21 wird auf das UND-Glied 14 übertragen, das Ausgangssignal des Teilers 22 auf das UND-Glied 15 usw. Durch Verwendung der Teilerkette 21, 22_: 23 usw. sind alle Impulse der Teiler in der Kette nicht koinzident und dadurch liefern die UND-Glieder 14, 15 und 16 usw. nichtkoinzidente Ausgangsimpulse, deren Anzahl in jeder Periode davon abhängt, welche UND-Glieder offen und welche geschlossen sind. Die Ausgangsimpulse der UND-Glieder werden durch ein ODER-Glied 30 zu einem dezimalen Digitalzähler 41 geleitet, der die Impulse während einer Zeitperiode zählt, die durch einen Intervallzeitgeber 42 bestimmt wird. Die Ausgangssignale der Teiler 21, 22, 23 usw. stellen somit Meßsignale dar, deren Durchgang durch die UND-Glieder 14,15.16 usw. zu dem Zähler 41 von den von dem Meßfühler 10 ausgelösten Steuersignalen gesteuert wird.Generate functions 31, 32, 33, etc. These non-coincident pulses can easily be obtained by arranging so that each divider alternately supplies signals to an output circuit and to the next divider in the chain. The oscillator 20 must therefore deliver signals with twice the required maximum frequency. For example, assume that oscillator 20 has an output of 200 pulses per second, so that divider 21 has an output of 100 pulses per second, divider 22 has an output of 50 pulses per second, and so on is transmitted to the AND element 14, the output signal of the divider 22 to the AND element 15, etc. By using the divider chain 21, 22 _: 23 etc., all the pulses of the dividers in the chain are not coincident and the AND elements therefore supply 14, 15 and 16 etc. non-coincident output pulses, the number of which in each period depends on which AND gates are open and which are closed Counts pulses during a period of time which is determined by an interval timer 42. The output signals of the dividers 21, 22, 23 etc. thus represent measurement signals whose passage through the AND -Glieder 14,15,16 etc. to the counter 41 is controlled by the triggered by the sensor 10 control signals.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel sind neun Teiler 21, 22, usw. und neun UND-Glieder 14.15 usw. vorgesehen.In the embodiment shown in the drawing nine dividers 21, 22, etc. and nine AND gates 14.15 etc. are provided.

Nimmt man an. daß der Abstand zwischen den Meßfühlerelektroden 3 cm beträgt, erkennt man, daß, falls nur die unterste Elektrode in die Flüssigkeit eintaucht, ein Ausgangsimpuls von dem ODER-Glied 30 in einer Zeitperiode von 2,56 Sekünden erhalten wird. Falls mehr als eine Elektrode in die Flüssigkeit eintaucht, wird die Anzahl der in dieser Periode erhaltenen Ausgangsimpulse mit der Anzahl der eingetauchten Elektroden übereinstimmend. Falls der Zeitintervallzähler daher so ausgebildet wird, daß er eine Zählung über eine Periode von 256 Sekunden bewirkt, ergibt z. B. eine Pegelhöhe des Wassers von zwölf Metern eine Zählung von 40.000 auf dem Zähler. Man sieht, daß der Zähler am Ende seiner Zählpcriode die durchschnittliche Impulsfrequenz über die gesamte Periode anzeigt. Dic mittlere Impulsfrequenz ist direkt proportional der binären Zahl, welche den mittleren Pegelstand repräsentiert. Die auf dem Zähler am Ende der Zählperiode angezeigte Zahl ist der mittlere Pegelstand während der Zählperiode.One accepts. that the distance between the sensor electrodes is 3 cm can be seen that if only the bottom electrode is immersed in the liquid, an output pulse from the OR gate 30 is obtained in a time period of 2.56 seconds. If more than one electrode immersed in the liquid, the number of output pulses received in this period will be with the Corresponding number of immersed electrodes. If the time interval counter is therefore designed in this way is to cause it to count over a period of 256 seconds, e.g. B. a level height of the water from twelve meters a count of 40,000 on the meter. You can see that the counter shows the average pulse frequency over the entire period at the end of its counting period. The mean pulse frequency is directly proportional to the binary number that represents the mean level represents. The number displayed on the counter at the end of the counting period is the average level during the counting period.

Es ist ei.sichtlich, daß die Zeitkonstante für die Zählperiode so gewählt werden kann, daß sie jeden Werl annimmt, der den gegebenen Umständen angemessen ist. Die Frequenz des Oszillators 20 kann so eingestellt werden, daß eine direkte numerische Anzeige der Pegelhöhe in geeigneten Einheiten erhalten wird, unabhängig von dem Abstand der Fühlerelektroden. Es ist daher leicht möglich, z. B. die Anzeige von Fuß auf Meter umzustellen, indem man den Faktor 0,3048 einführt, und zwar entweder in der Zählperiode oder in die Oszillatorfrequenz, ohne daß die Konstruktion des Fühlers verändert wird. Der Intervallzeitgeber 42 ist zweckmäßigerweise ein Zahler der Impulse des Oszillators 20 zählt. Die Zeitdauer der Zählperiode kann so festgesetzt werden, wb es erforderlich ist. indem man die Gesamtsumme einstellt, die dieser weitere Zähler zählt. Durch Verwendung eines weiteren Zählers in dieser Weise hat man den Vorteil, daß kleine Verändernden der Frequenz des Oszillators 20 die Messung des FlüssigkeitspegelsIt is obvious that the time constant for the Counting period can be chosen so that it accepts any value that is appropriate to the given circumstances is. The frequency of the oscillator 20 can be adjusted to give a direct numerical display the level height is obtained in suitable units, regardless of the spacing of the sensing electrodes. It is therefore easily possible, e.g. B. to switch the display from feet to meters by pressing the Introduces factor 0.3048, either in the counting period or in the oscillator frequency, without the construction of the sensor is changed. The interval timer 42 is expediently a counter that counts the pulses of the oscillator 20. The length of time the counting period can be set as necessary. by setting the total, which this further counter counts. Using another counter in this way one has the advantage that small changes in the frequency of the oscillator 20 measure the liquid level

nicht beeinflussen, weil sie durch die Änderung der Zählperiode kompensiert werden.do not affect, because they are compensated by changing the counting period.

Es sollte normalerweise möglich sein, den mittleren Pegelstand in einer Größenordnung abzulesen, die besser ist als die Auflösung, die aus der Anordnung der Fühler resultiert, und indem man den Durchschnitt aus den schwankenden, durch die Einwirkung der Wellen erzeugten Pegelstände nimmt, kann tatsächlich eine Interpolation zwischen den diskreten Peizelständen der Fühler durchgeführt werden.It should normally be possible to read the mean water level in an order of magnitude which is better than the resolution resulting from the arrangement of the sensors and by using the Takes the average of the fluctuating water levels generated by the action of the waves, an interpolation between the discrete positions of the sensors can actually be carried out.

ao Bei dem ~beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der durchschnittliche Pegelstand einer Größenordnung von 3 mm angezeigt werden, obwohl die Fühler einen Abstand von 3 cm haben. Diese Technik zur Erlangung einer Pegelmessung mit einem genauerenao In the embodiment described, can the average water level of the order of 3 mm can be displayed, although the sensor have a distance of 3 cm. This technique for obtaining a level measurement with a more accurate one

Wert als die diskrete Verteilung der Elektroden kann in allgemeiner Form für die Messung von Flüssigkeitspegeln angewandt werden, und zwar selbst im Falle einer Vorrichtung, bei der der Wasserpegel normalerweise stationär ist, indem man in mechani_sc]_ier Weise die Sonde in vertikaler Richtung in Schwingungen versetzt oder indem man von einer künstlich erzeugten Aufwirbelung des Oberflächenpegels Gebrauch macht und während einer Zeitperiode den Durchschnittswert ermittelt. Hierdurch istBe worth more than the discrete distribution of the electrodes can in general form for the measurement of liquid levels applied, even in case of a device in which the water level is normally stationary by _ier in mechanical _sc], the probe in a vertical direction into oscillations or by making use of an artificially generated turbulence of the surface level and averaging over a period of time. This is

.35 es möglich, eine tatsächlich größere Genauigkeit zu erlangen..35 it is possible to obtain an actually greater accuracy.

Wenn ein elektrisches Stromnetz mit stabilisierter Frequenz verfügbar ist, ist es bequemer, dieses Stromnetz an Stelle des Oszillators zu verwenden.If a stabilized frequency electrical power grid is available, it is more convenient to use it To use the mains instead of the oscillator.

Das Stromnetz kann gleichfalls benutzt werden, um einen Taktgeber zu bilden, so daß die Meßzeit ebenso wie die tatsächliche Meßgröße aufgezeichnet werden kann.The power grid can also be used to form a clock, so that the measurement time just as the actual measurand can be recorded.

Bei einem Gezeitenschreiber für einen Hafen oder eine Hafeneinfahrt werden häufig schnellere Schwankungen von beträchtlicher Amplitude den Gezeiten-Schwankungen überlagert, die durch die charakteristische Wasserbewegung des Hafens oder der Einfahrt hervorgerufen werden, d.h. von der Zirkulationsbewegung des Wassers im Hafen oder der Einfahrt, die z. B. vom Wind abhängig ist. Die Periode einer solchen Wasserbewegung ist gewöhnlich für jeden besonderen Hafen bekannt und es kann bei der Messung der Pegelhöhe zweckmäßig sein, die Zeitdauer der Meßperiode, während der die Zählung durchgeführt wird, soweit wie möglich der periodisehen Zeit dieser Wasserbewegung anzugleichen, so daß diese Schwankung nahezu vollständig aus der Aufzeichnung verschwindet.A port or port entrance tide recorder often has faster fluctuations of considerable amplitude superimposed on the tidal fluctuations caused by the characteristic Water movement of the port or the entrance, i.e. by the circulation movement of the water in the harbor or the driveway that z. B. depends on the wind. The period Such movement of water is usually known for any particular port and it may occur at the Measurement of the level height may be useful, the duration of the measurement period during which the counting is carried out as far as possible to match the periodic time of this water movement, so that this fluctuation disappears almost completely from the record.

Der Ausgang des Zählers 41 kann visuell abgelesen werden oder kann, wie bei 43 angezeigt ist, auf jedes geeignete Medium aufgezeichnet werden, wie z. B. ein Magnetband, einen Lochstreifen oder Lochkarten oder er kann über eine Leitung oder drahtlos an einen entfernten Punkt übertragen werden.The output of the counter 41 can be read visually or, as indicated at 43, on any suitable medium can be recorded, e.g. B. a magnetic tape, a punched tape or punched cards or it can be wired or wirelessly transmitted to a remote point.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Measuring device for liquid levels with several arranged at different heights, electrical liquid sensors that detect the passage of signals with non-coincident pulses to control a display device, characterized by a pulse generator (20 to 23) with several outputs (31 to 33) to the gate circuits controlled by control signals triggered by liquid sensors (14 to 16) are connected, with the output of a counter (41) for counting the of the gate circuits (14 to 16) let through, combined pulses in a predefinable period of time connected is.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that between the AND gates (14 to 16) and the counter (41, 42) an OR gate (30) is connected.

3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse generator from an oscillator (20) and downstream dividers (21, 22, 23 ...).

4. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized by an interval timer (42), which determines the counting period of the counter (41).

5. Measuring device according to claim 4, characterized in that the interval timer (42) of the pulse generator (20 to 23) is controlled.

6. Measuring device according to claim 5, characterized in that that the interval timer (42) is a counter.

7. Measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized by a driver and determination unit (12), which is connected to the sensor (10) and the control signals in binary coded Form generated.

8. Measuring device according to claim 3, characterized in that the dividers (21, 22, 23 ...) divide by two.

9. Measuring device according to one of claims J to 8, characterized in that the counters (41, 42) Are decimal counters.

10. Measuring device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the counter (41) a recording device (43) is connected.

11. Measuring device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the measuring sensor (11) are capacitive sensors.

12. Measuring device according to one of claims 1 to

11, characterized in that the sensors (11) are movable in the vertical direction.

13. Measuring device according to one of claims 1 to

12, characterized by means to set the surface of the liquid in a vortex motion to move.