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Schaltung zur Signalisierung von Füllständen Die Erfindung betrifft
eine Schaltung zur Signalisierung von Füllständen von wässrigen Flüssigkeiten in
Behältern und Rohren unter Verwendung einer Oszillatorschaltung, bei der das Füllgut
eines oder mehrere der die Schwingungsfähigkeit der Schaltung bestimmenden Schaltungselemente
beeinflußt.
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Zur Überwachung von Betriebszuständen der unterschiedlichsten Art
werden heute in großem Umfang elektronische Schaltungen eingesetzt, da man mit ihnen
u.a.
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zu betriebssicheren und in den Herstellkosten niedrigen Lösungen gelangt.
Dies trifft auch für die Überwachung von Füllständen zu. Es ist vorgeschlagen worden,
als Füllstandsfühler Halbleiter zu verwenden, die in Abhängigkeit vOn ihrer Temperatur
ihre elektrische Leitfähigkeit um Größenordnungen ändern.
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Eine Kategorie dieser Bauelemente hat bei niedrigeren Temperaturen
eine höhere Leitfähigkeit. Sie werden daher als Kaltleiter bezeichnet. Häufig werden
die als Füllstandsfühler verwendeten Kaltleiter elektrisch beheizt. Sind sie von
Luft umgeben, so ist die Wärmeabfuhr gering, die Temperatur des Elements hoch und
seine Leitfähigkeit gering. Wird der Kaltleiterfühler dagegen von der zu überwachenden
Flüssigkeit umgeben, ist die Wärmeabfuhr und damit auch die elektrische Leitfähigkeit
größer.
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In Fällen, in denen die zu überwachende Flüssigkeit infolge chemischer
Zusze aggressiv ist, ist das Verfahren wenig geeignet. Die Fühler werden angegriffen
oder werden mit einer Oberfläche bezogen, die zum Versagen der Uberwachungseinrichtung
aufgrund der veränderten Wärmeleitverhältnisse an dem Kaltleiterfühler fiihrt. Auch
bei Flüssigkeiten, die Ablagerungen niederschlagenD kommt es aus entsprechenden
Gründen zu derartigen Schwierigkeiten.
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Es wurde vorgeschlagen, zur Vermeidung dieser Probleme den Füllstandsfühler
nicht direkt der zu überwachenden Flüssigkeit auszusetzen, sondern an den Flüssigkeitsbehälter
ein Doppel-U-Rohr anzuschließen9 das eine neutrale Flüssigkeit enthält. Diese ist
von der zu überwachenden Flüssigkeit durch ein Luft-Dolster getrennt. Es gelingt
auf diese Art und Weise, aggressive oder Verschmutzurig verursachende Einflüsse
von dem Fühler fernzuhalten. Andererseits ist die vorgeschlagene Maßnahme kaum bei
Apparaten einsetzbar, die in fertigem Zustand das derstellerwerk verlassens an einen
großen Abnehmerkreis verkauft
werden und oft von wenig geübtem Personal
in Betrieb genommen werden, da die Gefahr besteht, daß die neutrale Flüssigkeit
z.B. auf dem Transport ausläuft.
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Es ist weiterhin bekannt, als Meßfühler eine Kapazität in Form eines
Zylinderkondensators zu verwenden. Die zu überwachende Flüssigkeit tritt als Dielektrikum
zwischen die Beläge des Kondensators und ergibt aufgrund der Unterschiede in der
Dielektrizitätskonstante gegenüber Luft eine vom Flüssigkeitspegel abhängige Kapazitätsänderung.
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Bei einer anderen bekannten Lösung wird als Meßfühler eine Induktivität
verwendet in Form einer um ein Steigrohr gewickelten Spule. In dem Steigrohr befindet
sich ein ferromagnetisches Material enthaltender Schwimmer der bei Eintritt in die
Spüle die Induktivität verändert.
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Diese Lösungen haben gemeinsam, daß die Meßfühler oder Teile davon
in direkte Berührung mit dem zu überwachenden Medium kommen. Dadurch besteht auch
hier die Gefahr, daß der Meßfühler korrodiert oder verschmutzt, was zu Funktionsstörungen
führt.
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Üblicherweise sind die beschriebenen elektrischen Fülistandsfühler
Bestandteil einer Brückenschaltung, die nach 4aßgabe der Füllstandsänderung verstimmt
wird.
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Man erhält ein analoges Ausgangssignal.Für bestimmte Anwendungsfälle,
bei denen das Fehlen oder Vorhandensein von bestiwnten Füllständen signalisiert
werden sollen ist ein digitales Ausgangssignal vorteilhafter. Es wird daher bei
bekannten Schaltungen eine Diskriminatorstufe nachgeschaltet, die das gewünschte
Digitalsignal abgibt. Hierdurch ergibt sich ein entsprechender Aufwand an Schaltungskomponenten
mit entsprechenden ungiinstigew Folgen bezüglich der Herstellkosten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Signalisierung
von Füllständen von wässrigen Flüssigkeiten in Behältern und Rohren unter Verwendung
einer -Oszillatorschaltung zu schaffen, bei der das Füllgut eines oder mehrere die
Schwingungsfähigkeit der Schaltung bestimmende ltungse lement e beeinflußt und bei
der keine Funktionsschwierigkeiten durch Korrosion ode Verschmutzung des Meßfühlers
eintreten können.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Oszillatorschaltung
eine solche zur Ansendang gelangt, bei der zwei Schwingkreise verwendet werden und
bei der die äesonanzbedingung dann erfüllt ist, wenn die Resonanzfrequenzen der
beiden Schwingkreise aufeinander abgestimmt sind.
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Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, als Oszillator eine
selbsterregte Rückkopplwtgsschaltung, insbesondere die kIuth-kühn-Schaltung, zu
verwenden und das Ausgangssignal ohne zwischenschalten einer Diskriminatorstufe
digital ausztwerten.
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Die Erfindung ist an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben und erläutert. Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen
Schaltung zur Signalisierung von Füllständen.
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Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine Ringelektrode gemäß der Erfindung.
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Eine Oszillatorschaltung in Fig. 1 ist aus einem Transistor 1 aufgebaut,
an dessen Basis als Steuerkreis ein Schwingkreis 2 bestehend aus Kondensator 3 und
Induktivität 4 angeschlossen ist. Es ist ein Ausgangsschwingkreis 5 vorgesehen,
der im Kollektorkreis liegt und die Induktivität 6 und die Kapazitäten 7 und 8 enthält.
Nit 9 ist die Koppelkapazität bezeichnet. Ferner ist ein Emitterwiderstand 10 und
am Steuerkreis ein Spannungsteiler mit Widerständen ii und 12 vorgsesehen. Als Spannungsquelle
enthält die Schaltung eine Batterie 13, Das Ausgangasignal wird an den Klemmen 14
und 15 abgenommen.
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In Fig. 2 ist dargestellt, daß die Kapazität 8 des Schwingkreises
5 gemäß Fig. 1 aus zwei an dem zu uberwachenden Behälter oder Rohr 16 zu plazierenden
Ringelektroden 17,11' besteht, deren Dielektrikum von Luft 18 und/oder der zu überwachenden
Flüssigkeit 19 besteht. Der Behälter bzw. das Rohr 16 sind aus Isoliermaterial hergestellt.
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Die Parallelschaltung von Induktivität 6 und kapazität 7 wird mit
den Leitungen 20 und 20' an die Ringelektroden 17 und 17' tagesdhlossen. Die Leitungen
21 und 21' verbinden die Schaltung nach Fig. 9 mit den Punkten A und B in Fig. 1
Der in Fig. 2 dargestellte Schaltungsteil ist ein Te1s der in Fig. 1 als Prinzipschaltbild
dargestellten Gesamtschaltung. Der SchaltengsteA nach Fig. 2 nimmt die Stelle des
Ausgangsschwingkreises 5 in dem Prinzips-Ehalttild Fig. 1 ein.
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In Fig. 3 ist der räumliche Aufbau für eine beispielgemäße Ausführung
der ErfiFCÜng dargestellt, bei der die Induktivität 6 und die Kapazität 7 in einem
Gehäuse 22 direkt am Meßort angeordnet sind und mit der Elektrode 17" mechanisch
verbunden sind. Der elektrische Anschluß an die Punkte A und B an den räumlich an
anderer Stelle befindlichen restlichen Schaltungsteil gemäß Fig. 1 erfolgt über
die Stecker 23. Die Ringelektrode 17" ist als steckbare Schelle ausgebildet.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung zur
Signalisierung von Füllständen, erläutert an dem Beispiel, ist folgende: Die Oszillatorschaltung
gemäß Prinzipschaltbild Fig. 1 kommt in Resonanz, wenn die Resonanzfrequenzen des
Steuerschwingkreises 2 und des Ausgangsschwingkreises 5 aufeinander abgestimmt sind.
Die Verstimmung der Schwingkreise kann durch Veränderung der Induktivitäten 4 und/oder
6, sowie der Kapazitäten 3 und/oder 7 bzw. 8 erfolgen. Ist die Resonanzbedingung
erfüllt, steht an den Klemmen 14 und 15 eine Wechselspannung als Ausgangssignal
zur Verfügung. Die Amplitude dieses Signals hängt von der Dimensionierung der Schaltung,
insbesondere auch von ihrer Bedämpfung ab. Sie ist für die digitale Weiterverarbeitung
des Ausgangssignals ohne größere Bedeutung. Wird einer oder beide Schwingkreise
2 und 5 verstimnt, so daß die Resonanzbedingung nicht mehr gegeben ist, so bricht
die Schwingung des Oszillators abrupt ab und das Ausgangssignal verschwindet an
den Klemmen 14 und 15. Die hier zugrunde gelegte Schaltung ist die an sich bekannte
Huth-Kühn-Schaltung. Grundsätzlich ist es möglich, auch eine andere, aus zwei Schwingkreisen
bestehende Oszillatorschaltung einzusetzen, z.B. eine solche, bei der im Steuer-
und Ausgangskreis je ein Reihenschwingkreis vorgesehen wird.
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Gemäß Beispiel Fig. 1 wird der Oszillator durch Veränderung der Kapazität
8 im Ausgangsschwingkreis 5 verstemmt. Die Kapazität 8 wird durch die an den Behälter
bzw. das Rohr 16 angelegten Ringelektroden 17 und 17' dargestellt. Die Kapazität
zwischen den Ringelektroden 17 und 17' ist von dem zwischen ihnen befindlichen Dielektrikum
abhängig. Da die Dielektrizitätkonstante von Wasser etwa mit dem Faktor 80 größer
ist als die von Luft, ergibt sich eine entsprechende Vergrößerung der Kapazität
zwischen den Ringelektroden, wenn anstelle von Luft Wasser oder wässrige Flüssigkeiten
in den entsprechenden Raum des Behälters bzw.
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des Rohres gelangen. Die digitale Auswertung des an den Klemmen 14
und 15 anstehenden Auseangssignals könnte z.B. durch ein Relais oder durch ein geeignetes
aktives Halbleiterelement erfolgen,
wodurch Anzeigestromkreise oder
auch aistungsstromkreise z.E; zur Steuerung von Ventilen ein- und ausgeschaltet
werden können.
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Ein Teil oder auch alle Schaltungselemente gemäß Fig. 1 können direkt
am Meßort angeordnet werden. In dem Beispiel nach Fig. 2 und 3 wurden die Induktivität
6 und die Kapazität 7 örtlich mittels eines Gehäuses 22 an die Ringelektrode 17"
angebaut. Diese Ringelektrode kann als aufsteckbare Schelle ausgeführt sein. Hierdurch
erhält man eine besonders einfache Montagemöglichkeit mit dem weiteren Vorteil,
daß die Schaltung durch Verschieben dieser Ringelektrode in Achsrichtung nach Maßgabe
der zu überwachenden Füllstandshöhe sehr einfach justiert werden kann.
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Sofern der spezielle Fall es fordert, kann die Ringelektrode auch
fest in das aus Isoliermaterial bestehende Rohr 16 eingebettet werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können zur wahlweisen Signaiisierunr
verschiedener Füllstände eine Anzahl von Ringelektroden in Verbindung mit Cehäusen
22, in denen verschiedene Sehaltungselemente aus Fig. 1 enthalten scikönnen, längs
des zu überwachenden Behälters oder Rohres angeordnet werden.
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Durch einen Wahlschalter kann die gewünschte Ringelektrode, die einem
bestimmten Füllstand entspricht, angewählt werden.
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Zusammenstellung der Bezugsnummern der Beschreibung 1 = Transistor
2 = Schwingkreis im Steuerkreis 3 - Kondensator 4 = Induktivität 5 - Ausgangsschwingkreis
6 - Induktivität 7 - Kapazität 8 - Kapazität 9 - Koppelkapazität 10 = Emitterwiderstand
11 = ) 12 ) ) Spannungsteilerwiderstand 13 = Batterie 14 15 ) = Klemme 16 = Behälter
oder Rohr 17 ) 17') - Ringelektrode 17") 18 a Luft 19 - zu überwachende Flüssigkeit
20 ) 20' = Leitung 21 21' ) Leitung 22 - Gehäuse 23 - Stecker