DE1908750A1 - Schaltung zur Signalisierung von Fuellstaenden - Google Patents

Description

• 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.
• Zur Überwachung von Betriebszuständen der unterschiedlichsten Art werden heute in großem Umfang elektronische Schaltungen eingesetzt, da man mit ihnen u.a.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Üblicherweise sind die beschriebenen elektrischen Fülistandsfühler Bestandteil einer Brückenschaltung, die nach 4aßgabe der Füllstandsänderung verstimmt wird.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine Ringelektrode gemäß der Erfindung.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Sofern der spezielle Fall es fordert, kann die Ringelektrode auch fest in das aus Isoliermaterial bestehende Rohr 16 eingebettet werden.
• 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.
• Durch einen Wahlschalter kann die gewünschte Ringelektrode, die einem bestimmten Füllstand entspricht, angewählt werden.
• 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

Claims (11)

1. Patentansprüche 1. Elektrische Schaltung zur Signalisierung von Füllständen von wässrien Flüssigkeiten in Behältern und Rohren unter Verwendung einem Oszillatorschaltung, bei der das Füllgut eines oder mehrere ziele Schwingungsfähigkeit der Schaltung bestimmende Schaltungselemente beeinflußt dadurch gekennzeichnet, daß als Oszillatorschaltung eine solche zur Anwendung gelangt, bei der zwei Schwinkreise verwendet werden und bei der die Resonanzbed@@@@@@ dann erfüllt ist, wenn die Resonanzfrequenzen der beiden Jcllwingkreise aufeinander abgestimmt sind.
2. 2. Elektrische Schaltung zur Signalisierung von Füllständen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Oszillator eine seibsterregte Rückkopplungsachaltung, insbesondere die an sich bekannte Huth-Kühn-Schaltung verwendet wird und daß das Ausgangssignal ohne Zwischenschalten einer Diskriminatorstufe digital ausgewertet wird.
3. 3. Elektrische Schaltung zur 5itnalisierung von Füllständen nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Verstimmung des Oszillators durch Veränderung der Kapazität (3), (7), (8) des Steuer (2)- und/oder des Ausgangsschwingkreises (5) durch die zu überwachende Flüssigkeit (19) erfolgt.
4. 4. Elektrische Schaltung zur Signalisierung von Füllständen nach Anspruch 1 ... 3 dadurch gekennzeichnet, daß die vom Füllgut ( beeinflußte Kapazität (8) aus zwei oder mehreren an einem Rohr (16) aus Isolierenmaterial angebrachten ringförmigen Elektroden (17), (17') besteht, deren Dielektrikum von der zu übetwachenden Flüssigkeit (19) verändert wird.
5. 5. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 ... 4 dadurch gekennzeichnet, daß für verschiedene Füllstände je eine Ringelektrode (17) vorgesehen wird, die z.B.

   durch einen .?ahlschalter mit der übrigen Schaltung wahlweise verbunden werden' können.
6. 6. Elektrische Schaltung zur Signalisierung von Füllständen nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß das die Ringelektroden (17), (17') tragende Rohr (16) aus Isoliermaterial ein an einem Behälter angebrachtes Steigrohr sein kann.
7. 7. Elektrische Schaltung zur Signalisierung von Füllständen nach Anspruch 1, 4, 5 dadurch gekennzeichnet, daß alle oder zumindest ein Teil der Schaltungselemente direkt am Meßort angeordnet werden.
8. 8. Ringförmige Elektroden nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß sie aus federndem Metall als aufsteck- oder klemmbare Schellen (17") ausgebildet sind.
9. 9. Ringförmige Elektroden nach Anspruch 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß sie in Richtung des veränderlichen Füllgutpegels verschiebbar sind.
10. 10. Ringförmige Elektroden nach Anspruch 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß diese in das aus isolierendem Material bestehende Steigrohr fest eingebettet sind.
11. 11. Ringförmige Elektroden nach Anspruch 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Überzug aus isolierendem Material tragen.

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