DE1908881A1

DE1908881A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Masse einer Fluessigkeit oder des veraenderlichen Volumens eines metallischen Innenbehaelters in einem metallischen aeusseren Behaelter

Info

Publication number: DE1908881A1
Application number: DE19691908881
Authority: DE
Inventors: Post Robert Elgin; Brown Robert Grover
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-02-28
Filing date: 1969-02-21
Publication date: 1969-10-02
Also published as: US3540275A; DE1908881B2; FR2002783A1; GB1217986A; CA922373A

Description

PafenfanwSH·

Dr. Ing. H. Negendtink Dipl. !ng. H. Hauck . Phys. W. Schmitz ' 15, Nozarhfr.23

The Bendix Corporation w. 5Moses

Pisher Building

Detroit» Michigan/USA 21. Februar 1969

Anwaltsäkte M-621

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Masse einer Flüssigkeit oder des veränderlichen Volumens eines metallischen Innenbehälters in einem.. metallischen äußeren Behälter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Masse einer Flüssigkeit in einem teilweise gefüllten festen Behälter, der zusätzlich eine bestimmte Gasmenge enthält, oder des veränderlichen Volumens·eines metallischen Innenbehälters in einem metallischen äußeren Behälter_s wobei das von dem Behälter eingeschlossene Volumen durch die Energie elektromagnetischer Signale erregt wird, deren Frequenzen einen bestimmten Frequenzbereich durchlaufen.

Die Form der Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas in einem teilweise gefüllten Tank unter der Wirkung der normalen Schwerkraft ist festgelegt, da die Oberflächenförm immer senkrecht auf dem Vektor der Schwerkraft steht. Um die Flüssigkeitsmenge bei diesen normalen Schwerkraftsbedingungen zu messen, muß

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nur die Lage dieser Grenzfläche durch Schwimmer, Hohlraumresonanzverfahren oder andere bekannte Einrichtungen festgestellt wer.den, um die Flüssigkeitsmenge in dem Tank zu bestimmen.

Die unregelmäßigen geometrischen Formen, die eine Flüssigkeit in den Behältern von Raumfahrzeugen annehmen kann, wenn sie den bei der Raumfahrt auftretenden Beschleunigungen ausgesetzt ist, schließt die "Verwendung bekannter Mengen-Meßeinrichtungen, die auf der Bestimmung des Flüssigkeitsniveaus beruhen, in den meisten Anwendungsfällen aus. Einige Faktoren, die sich auf Meßeinr ichtun"* gen für starrwandige Flüssigkeitsbehälter in Raumfahrzeugen auswirken, sind: ;

(a) die Größe und die Form des Behälters; ·

(b) Umgebungsbedingungen, beispielsweise Beschleunigung, Schwin-. gungen, Temperatur, Druck, Strahlung und dergleichen;

(c) das Verfahren, nach dem Flüssigkeit oder Gas entnommen wird;

(d) die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit aus dem Tank entnommen wird;

(e) physikalische und elektrische Eigenschaften der Flüssigkeit und des Gases in dem. leeren Raum; und

(f) die Wirkung anderer Instrumente an dem Tank. -

Eine ideale Meßeinrichtung für die Masse einer Flüssigkeit unter Raumfahrtbedingungen sollte die folgenden Merkmale aufweisen:

(a) jedes Molekül der Flüssigkeit sollte einen gleichmäßigen Einfluß auf die Messung unabhängig von seiner Lage und Gruppierung und unabhängig von Temperatur-und Druckschwankungen haben; - _ ? -

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(b) die zeitliche Änderung der molekularen- Verteilung der Flüssigkeit soll die Messung nicht beeinflussen, d.h. die Meßeinr richtung muß so kurzzeitig wie möglich arbeiten;

(c) die Messung muß unempfindlich gegenüber allen anderen Verände^: rungen in dem Tank und in der Umgebung sein.

Wenn alle diese Bedingungen erfüllt werden sollen, kann keine schwerkraftabhängige Messung vorgenommen werden, so daß viele bekannte Verfahren zur Messung der Masse einer Flüssigkeit ausfallen.

Außer den bekannten Einrichtungen zum Messen des Flüssigkeitsstandes ist eine Einrichtung bekannt geworden (USA-Patentschrift 3.312.I07), die auch bei fehlender Schwerkraft arbeitet. Bei dieser Einrichtung wird ein Wobbelgenerator verwendet, der eineein gewünschtes Frequenzband durchlaufende Frequenz liefert, die bei einer Startfrequenz beginnt. Jeder Durchlauf wird unterbrochen und beginnt von neuem, wenn die Resonanzfrequenz abgetastet wird. Dieser Arbeitszyklus wird fortlaufend wiederholt, und die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Durchlaufen wird zur Anzeige der Flüssigkeitsmenge in dem Tank benutzt. Diese Einrichtung beruht auf der Voraussetzung, daß die Resonanzfrequenz eines metallischen Hohlraumes, der eine dielektrische Flüssigkeit enthält, sich als Funktion der in dem Hohlraum enthaltenen Menge des Dielektrikums ändert.-Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Resonanzfrequenz sich auch dann ändert, wenn die Orientierung der dielektrischen Flüssigkeit in dem Tank geändert wird. Daher ist eine Anlage, die von der Beziehung zwischen der

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Resonanzfrequenz und dem Volumen der elektrischen Flüssigkeit abhängt, bei solchen Umgebungsbedingungen ungenau,, in. denen die Orientierung der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit Änderungen unterworfen ist.

Zur Vermeidung der erwähnten Mängel ist ein Verfahren zum Messen der Masse einer Flüssigkeit oder des veränderlichen Volumens .eines metallischen Innenbehälters in einem metallischen äußeren Behälter dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenzen abge- / tastet und gezählt werden, die in dem Hohlraum des Metallbehälters auftreten, während die elektromagnetischen Signale den vorbestimmten Frequenzbereich durchlaufen. - .

Ein bestimmter metallischer Behälter, der eine gegebene Masse " dielektrischer Flüssigkeit enthält, hat eine bestimmte Anzahl Eigenfrequenzen in einem gegebenen Frequenzband., Es hat sieh ge-. zeigt, daß die Zahl der Eigenfrequenzen sich als Funktion: der Masse der in dem Behälter enthaltenen dielektrischen Flüssigkeit ändert, wenn die in den Behälter eingestrahlten Frequenzen dieses Frequenzband durchlaufen. Erfindungsgemäß wird daher die Zahl der' Eigenfrequenzen bei jedem Durchlauf über das gleiche Frequenzband gezählt, um die in dem Tank enthaltene Flüssigkeitsmässe zu erhalten. Die Zahl der Eigenfrequenzen ist dabei unabhängig von der Orientierung der.in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit. Wenn die dielektrische Flüssigkeit große dielektrische Verluste verursacht, d-.h. wenn sie elektromagnetische Energie aufnimmt, sind die Eigenfrequenzen, mit zur Zeit zur Verfügung stehenden Signalempfangseinrichtungen schwer zu zählen. In diesen Fällen wird daher eine die Zahl der Eigenfrequenzen bezeichnende Hilfs-

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zahl abgeleitet, ohne daß tatsächlich die Eigenfrequenzen gezählt werden. Dabei wird jedoch dasselbe Verfahren verwendet, da die Hilfszahl in allen Fällen proportional zu der tatsächlichen Zahl der Eigenfrequenzen ist.

Der die Flüssigkeit enthaltende Tank hat eine mittlere Dielektrizitätskonstante, die verschiedene Werte zwischen der Konstante bei leerem Tank und der Konstante bei vollem Tank annehmen kann. Die Zahl der Eigenschwingungen, die sich in dem Tank ausbilden können, hängt von der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeits-Gas-Mischung und von dem Frequenzbereich der Erregerenergie ab. Bei einem bestimmten Frequenzband hängt die Zahl der möglichen Eigenschwingungen nur von der mittleren Dielektrizitätskonstante des Tankhohlraumes ab. Da die mittlere Dielektrizitätskonstante sich direkt mit der Dichte der Flüssigkeit in dem Tank ändert, nimmt die Zahl der Eigenschwingungen ab, wenn die Masse der in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit abnimmt.

Insbesondere ist die Zahl der Eigenschwingungen, die in einem Behälter in einem Frequenzband erzeugt werden, das zwischen zwei festen Frequenzgrenzen f^ und f₂ liegt, gegeben durch den Ausdruck:

N:il (f5-f3) _E3/2

N= Zahl der in dem Behälter erregten Eigenschwingungen,

. V = Volumen des Behälters in cm -, C = Lichtgeschwindigkeit im freien Raum, E= mittlere Dielektrizitätskonstante des gesamten Inhaltes

des Behälterhohlräumen.

Daher ändert sich die Zahl der erzeugten Eigenschwingungen mit^:: der dritten Potenz der Frequenz. Folglich kann die elektrisohe Erregerenergie erhalten bleiben, wenn ein Frequenzband passend zu dem Volumen des Behälters und der Schwankung in der'Dielektrizitätskonstante seines Inhaltes gewählt wird.

Da f^ und f₂ bei einem bestimmten Frequenzband bekannt sind, ': kann die Zahl N der Eigenschwingungen dazu benutzt werden, E zu bestimmen, das seinerseits ein Maß für die in dem Behälter ent-" haltene Flüssigkeitsmasse ist. Eine Datenverarbeitungseiririch- " tung kann daher für einen bestimmten Behälter und eine bestimmte Flüssigkeit so programmiert werden, daß sie die ermitteite" Zahl der Eigenfrequenzen direkt in eine Maßzahl für das in dem Behälter enthaltene Strömungsmittel umsetzt.

' ■ ■ ■""-■'■■:.■.■■"■' "-V₅. ä-±n Wenn beispielsweise der Innenraum eines rechteckigen Behälters ~ mit den Abmessungen von 25 cm χ 25 cm χ loo cm und mit einer " '"* Luftfüllung durch elektrische Signale in dem Frequenzband von'/" | 8 bis 9GHz erregt wird, werden 1.75o Eigenfrequenzen gezählt. Wenn dieser Behälter mit einem Strömungsmittel gefüllt.ist, das eine Dielektrizitätskonstante von 2 aufweist, treten 3.22o Eigen-; schwingungen in dem Frequenzband von 8 bis 9 GHz auf. Daher ergibt sich eine Differenz von 1.kfo Eigenschwingungen in dem Frequenzband von 8 bis 9 GHz zwischen den bei leerem und bei vollem Behälter gemessenen Zahlen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Zählen der Eigenfrequenzen ist insofern vorteilhaft, da sie in beliebigen Metallbehältern einschließlich ungleichmäßig geformter Behälter und Behälter mit

innenseitigen Prallplatten verwendbar ist. Änderungen in der Geometrie der Grenzflächen zwischen Flüssigkeit und Gas innerhalb des Behälters wirken sich nicht auf die gemessene Zahl der Eigenfrequenzen aus. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet beim Einfüllen oder beim Entnehmen der Flüssigkeit und befindet sich auf der Außenseite des Behälters mit Ausnahme der Befestigungseinrichtung für eine oder mehrere Sonden an dem Behälter.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine HF-Energiequelle auf, deren Frequenz in einem bestimmten Band variiert werden kann. Das Frequenzband wird unter Berücksichtigung der Geometrie des Behälters und der Dielektrizitätskonstanten des Inhaltes ausgewählt. Ein Kippspannungsgenerator wird dazu verwendet, einen spariungsgesteuerten Oszillator zu steuern, um die Eingangs signale zu erzeugen. Die zum Durchlaufen des Frequenzbandes-notwendige Zeit wird durch einen Programmgeber gesteuert. Die HF-Energie wird an den Behälter angekoppelt und ein Detektor für die Signalamplitude, wird zum Abtasten der Eigenschwingungen verwendet. Die Ausgangsleistung des Detektors wird verstärkt und treibt einen

Spitzendetektor, der seinerseits mit einem elektronischen Zähler ist

verbunden^ Der elektronische Zähler zählt die in dem Frequenzband auftretenden Eigenschwingungen. Die Information des Zahlers wird von einer Datenverarbeitungseinrichtung aufgenommen, die so programmiert ist, daß sie die in dem Behälter enthaltene Flüssigkeitsmasse anzeigt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der

■ r Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es	zeigen: " ._: ; ^;	ein scheamtisches Blockschaltbild einer Ausführungsform
Pig	. 1	der erfindungsgemäßen "Vorrichtung; : ;
		einen Schnitt durch den Behälter der erfindungsgemäßen .--■_■
Pig	. 2	Vorrichtung, wobei eine Signalsonde gezeigt - ist-,; die¹: - :
		sowohl zum Abstrahlen der zur Erregung /dienenden -Eingangs";
		signale als auch zum Aufnehmen der elektrischen Ausgängs
		signale dienen kann; ■· . ν - - - "-..- ." ■ ■" ." ,- - ^::-■-- -- - .-
		■■■■--■----_■.^: --. . - - ■ ein charakteristisches HF-Eigenfrequenzspektrum, das mit
Pig	• 3	der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Pig. I gemessen
		werden kann; ~ - : -:
		die Beziehung zwischen der Masse und der Zahl der Eigen
Pig	. 4	schwingungen bei einem typischen Brennstoff für Raumfahr
		zeuge in einem Behälter; -. ." "
		ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Aus-
Pig	. 5	führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; ' '
		eine HP-Eigenfrequenzspektrum, das man mit einer-Vor
Fig	. 6	richtung nach Fig. 5 erhält; und - ---.--■■ ν .
		eine Seitenansicht eines blasförmigen Metalltankes", wobei
Fig	. 7	die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
		Messung des Flüssigkeitsinhaltes gez.eigt ist. Λ; „™7 - 8 - ' -.-I .- ■■._'■■ : ■.■■--"; _ -:

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In Flg. 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt, die an einem Behälter 2 wirksam angeordnet istj der jede gewünschte Form haben kann, wobei eine unregelmäßige Form zum Zwecke der Darstellung gezeigt ist. Die Flüssigkeit in dem Behälter 2 kann in der Form eines zusammenhängenden Volumen oder unzusammenhängender Volumina vorliegen. Ein gasförmiger Treib stoff 6 füllt das gesamte Volumen des Behälters außer dem durch die Flüssigkeit eingenommenen Volumen aus.

Ein Programmgeber 12 ist die steuernde Schaltstufe für die Vorrichtung. Er gibt über eine Leitung 13 Signale an einen Kippgenerator 14 und ferner Steuersignale über eine Leitung 15 an einen Zähler 16 ab. Der Programmgeber 12 führt ferner ein Signal über eine Leitung 17 einer Datenverarbeitungseinrichtung 18 zu, um die Synchronisation zwischen dem Kippgenerator 14, dem Zähler 16 und der Datenverarbeitungseinrichtung 18 sicherzustellen. Mit anderen Worten stimmt der Programmgeber 12 die Arbeitszyklen des Kippgenerators 14 und des Zählers 16 so aufeinander ab, daß die Zahl der Eigenschwingungen bei Jedem Durchlauf ermittelt wird. Der Kippgenerator 14 erzeugt eine Sägezahnspannung, deren Synchronisation durch den Programmgeber 14 gesteuert ist. Der Kippgenerator 14 führt dem spannungsgesteuerten Oszillator 2o ein Spannungssignal über die Leitung 18 zu, um den Frequenzbereich des spannungsgesteuerten Oszillators. 2o und seinen Durchlaufzyklus durch diesen Frequenzbereich zu bestimmen. Die Ausgangsleistung des Oszillators 2o aus dem ausgewählten Frequenzband (normalerweise eine Oktave) wird über die Leitung 21 einer Erregersonde 8 zugeführt, die an dem Behälter 2 befestigt ist.

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Die Sonde 8 strahlt in den Treibstoffbehälterhohlraum ein elektrisches Signal variabler-Frequenz ein, wobei der Frequenzdurchlauf durch die Steuerung des Oszillators 2o festgelegt ist. Wenn der Behälterhohlraum mit einer elektrischen Energie erregt wird, deren Frequenz von den Resonanzfrequenzen des Hohlraumes abweicht, ist die Intensität des elektromagnetischen Feldes sehr klein. Wenn jedoch die Erregung bei einer Resonanzfrequenz geschieht, kann der Hohlraum elektromagnetische Energie speichern. Die Maximalamplitude der Intensität des elektromagnetischen Feldes tritt daher auf, wenn die Frequenz der Erregerquelle gleich einer Resonanzfrequenz des Behälterhohlraumes ist. Die Resonanzfrequenzen oder Eigenfrequenzen können auf diese Weise einfach aufgenommen werden.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Eigenfrequenzen in dem Behälter 2 durch eine Ausgangssonde Io abgetastet^ die ' mit der Erregersonde 8 (Fig. 2) übereinstimmt. Das Signal an der Ausgangssonde Io, das durch die Eigenfrequenzen des Behälters. ··.■-.._ amplitudenmoduliert ist, wird über die Leitung 23 einem Quarz-..·,, detektor 24 zugeführt. Der Quarzdetektor 24 ist ein Amplituden-; detektor, der die Amplitudenmodulation der von der Sonde Io aufgenommenen Signale erfaßt, die durch die Eigenfrequenzen erzeugt werden. Die Ausgangsleistung des Detektors wird über die Leitung 25 dem Verstärker 26 zugeführt, wo sie verstärkt und über die ■ ■ Leitung 26 an den Spitzendetektor 28 abgegeben wird, der mit dem Verstärker 26 zusammenwirkt und zum' Feststellen der Eigenschwingungen dient, und ferner über eine Leitung 29 an einen Treiber 3o abgegeben, dessen Verstärkungsgrad automatisch gesteuert ist. Der Treiber 3o dient zur Steuerung der Amplitude des

- Io -

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Ausgangssignales des Oszillators 2o, um ein Erregersignal gesteuerter Größe zu erzeugen. Um dies zu erreichen, führt der Treiber 3o ein Spannungssignal über die Leitung 31 dem spannungsgesteuerten Oszillator zu.

Das Signal auf der Leitung 27 gelangt zu dem Spitzendetektor 28, der bei jeder Signalspitze einen Triggerimpuls erzeugt, so daß die Spitzen den Zähler 16 besser betätigen. Die Impulse von dem Spitzendetektor 28 gelangen über die Leitung 33 an den Zähler 16, der ebenfalls von dem Programmgeber 12 über die Leitung 16 gesteuert ist. Der Zähler zählt daher die Impulse, die die Zahl der Eigenfrequenzen darstellen, die in dem Frequenzbereich eines Durchlaufzyklus auftreten. Die Ausgangsgröße des Zählers wird über die Leitung 35 der Dateaverarbeitungseinrichtung 1-8 zugeführt, die ebenfalls von dem Programmgeber 12 über eine Leitung 16 gesteuert ist. Die Datenverarbeitungseinrichtung 18 ist so eingestellt, daß ihre Ausgangsgröße eine Funktion der Masse der bestimmten gerade gemessenen Flüssigkeit ist. Fig. 4 zeigt die Kurve 52 der Beziehung zwischen der Zahl der Eigenfrequenzen und der Masse eines typischen in einem üblichen Tank enthaltenen Treibstoffes in Pfund, nach der die Datenverarbeitungseinrichtung geeicht wird.

In Fig. 2 sind die Sonden 8 und Io im einzelnen gezeigt. Die Wand 38 des Behälters 2 hat einen rohrförmigen Fortsatz 4o, der als Außenleiter eines Koaxialkabels dient, das einen drahtförmigen Innenleiter 42 aufweist. Der Innenleiter 42 endet in einer Schleife 43. Er kann auch die Form einer geraden Sonde haben, die als Antenne dient. Die Antennenschleife 43 ist in einem

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festen Isolierwerkstoff 44 eingeschlossen, vorzugsweise in PoIytetrafluorid. Die Schleife 43 dient als Erregerantenne, wenn sie in der Sonde 8 verwendet wird, und sie dient als Empfangsantenne, wenn sie in der Sonde Io verwendet wird.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der beiden Eigenfrequenzen der Ausgangssignale 5o, die in einem typischen Treibstoff für Raumfahrzwecke und in einem üblichen Tank bei einem typischen Frequenzbereich erzeugt werden. Die Spitzenamplituden der Signale 5o xverden nicht gemessen sondern lediglich gezählt, um die in dem Behälter enthaltene flüssige Treibstoffmasse zu ' bestimmen. Die Datenverarbeitungseinrichtung (Fig. 1) wird nach der Kurve (52) geeicht und gibt eine Anzeige der Treibstoffmasse ab, die direkt von der aufgenommenen Information in Form der Zahl der Eigenfrequenzen abgeleitet ist.,

In - ■ ' ' '

/Fig. 5 ist eine Schaltung 6o zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer wirksamen Anordnung an dem Behälter 2 gezeigt, wobei ein auf der Ausnutzung der reflektierten Energie beruhendes Verfahren verwendet wird. Da die Schaltung 6o der Schaltung 1 sehr ähnlich ist, werden in den Fign. 5 und 1 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen* Der einzige Unterschied zwischen der Schaltung 6ο und der Schaltung 1 wird im folgenden beschrieben. In der Schaltung 6o wird die Aufnahmesonde Io (Schaltung 1) eliminiert und die Sonde 8 dient sowohl als Erregersonde als auch als Detektorsonde. Ein Zirkulator 62 mit drei Eintritts- bzw. AustrJttskanälen liegt in der Leitung 21 zwischen dem Oszillator 2o und der Sonde 8 und 1st mit dem -Quarz--

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detektor 24 verbunden.

Bei Betrieb der Schaltung 60 wird der Hohlraum in dem Behälter 2 . durch elektromagnetische Energie aus einem ,bestimmten Frequenzband erregt, die von der Sonde 8 abgestrahlt wird. Wenn die Energie nicht mit der Eigenfrequenz des Hohlraumes übereinstimmt, wird im wesentlichen die gesamte Energie durch die Sonde 8 ζμ dem Zirkulator 62 zurückreflektiert und dieses Energieniveau wird durchgehend von dem Quarzdetektor 24 abgetastet. Bei einer Eigenfrequenz wird jedoch elektromagnetische Energie in dem Hohlraum gespeichert, so daß das Energieniveau, das zu dem Zikulator 62 reflektiert wird, abfällt. Dieser Energieabfall wird von dem Kristalldetektor 24 abgetastet.

Das von dem Detektor 24 abgetastete Energiespektrum ist schema-, tisch in Fig. 6 gezeigt, wobei die Energie bei Frequenzen, die nicht mit Eigenfrequenzen übereinstimmen, bei 64 angedeutet ist. Die Eigenschwingungen werden durch Energieabfälle 66 angezeigt, die von dem Zähler 16 gezählt werden, um eine Anzeige der Flüssigkeitsmasse in dem Behälter 2 zu erhalten. Daher ist das in Fig. 6 gezeigte Ausgangssignalspektrum der Eigenfrequenzen die Umkehrung des in Fig. 3 gezeigten Spektrums. Beide Schaltungen 1 und 60 liefern jedoch das gleiche Endergebnis, nämlich die gesamte Zahl der Eigenschwingungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann ferner dazu benutzt werden, ein sich änderndes Volumen einer metallischen Hülle zu bestimmen, die ein veränderliches Volumen eines metallischen Werkstoffes enthält.

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Dies ist anhand von Fig. 7 gezeigt, in der ein metallischer Behälter 7o dargestellt ist,'der eine metallüberzogene, ein Strömungsmittel enthaltende Blase 72 enthält. Die Blase 52 verändert ihre Größe,wenn das Volumen des darin enthaltenen Strömungsmitteli sich ändert, so daß sich auch das Volumen in dem Behälter 7o ändert, das nicht von der Blase 72 eingenommen wird.-Die Sonden,8 und io der Schaltung 1 sind mit dem Behälter 7o verbunden (Fig.7) und der Oszillator 2o wird dazu benutzt, zur Erregung des Behälterhohlraumes Signale zu erzeugen, deren Frequenzen ein vorbestimmtes Frequenzband durchlaufen. Die Eigenschwingungen,, die in dem Behälter 7ö bei jedem Frequenzdurchlauf auftreten, werden; von der Schaltung 1 in der oben beschriebenen Weise abgetastet und gezählt. Jede Änderung des Volumens des Behälters, To₅ das nicht von der Blase 72 eingenommen wird, hat eine verschiedene Zahl Eigenschwingungen zur Folge, so daß die Datenverarbeitungseinrichtung 18 so geeicht werden kann, daß"sie entweder das Volumen des Behälters 7o oder das Volumen des Strömungsmittels in der Blase 72 anzeigt. Dies trifft auch in dem Fall zu, wenn der Behälter 7o zum Teil direkt mit einer metallischen Flüssigkeit, beispielsweise Quecksilber, gefüllt ist, wobei die Schaltung 7o verwendet würde, um nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Volumen des Quecksilbers in dem Behälter 7o zu bestimmen. .

Erfindungsgemäß wird also der Hohlraum eines metallischen Behälters durch elektromagnetische Energie bei solchen Frequenzen erregt, die einen bestimmten Frequenzbereich durchlaufen, so daß Eigenschwingungen erregt werden, die gezählt werden können.

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Der sich dabei ergebende Zahlenwert der Eigenschwingungen kann auf verschiedene Weise benutzt werden. Eine Sonde nimmt das Ausgangssignal von dem Behälter ab, das die Form eines amplitudenmodulierten Signales hat, wobei die Änderungen der Amplitude durch die Eigenschwingungen verursacht werden.· Dieses Signal wird abgetastet und zum Triggern eines Zählerschaltkreises verwendet, um die Zahl der Amplitudenveränderungen oder der Eigenschwingungen zu zählen, die während einem Durchlauf des spannungsgesteuerten Oszillators durch den Frequenzbereich erzeugt werden. Die Zahl der Eigenschwingungen wird einer Datenverarbeitungseinrichtung eingegeben, die diesen Zahlenwert in die im Einzelfall gewünschte Information umsetzt. Bei Verwendung der Erfindung kann daher ein elektrisches Signal in einen Behälter eingeführt vrerden, der eine unbekannte Flüssigkeits- und Gasmenge enthält, wobei bei bekannter Beziehung zwischen der Zahl der Eigenschwingungen und dem Inhalt des Behälters die Zahl der Eigenschwingungen gezählt und in eine für den Flüssigkeit^ inhalt charakteristische Größe, umgesetzt werden kann. Bei einigen dielektrischen Flüssigkeiten ändert sich die dielektrische Polarisierbarkeit mit der Temperatur. In diesem Fall kann ein Temperaturfühler an dem Behälter 2 so angeordnet sein, daß eine fortlaufende Anzeige der Temperatur der in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit erfolgt. Der Fühler wird dann mit der Datenverarbeitungseinrichtung l8 verbunden, so daß deren Ausgangsgröße direkt die Masse der Flüssigkeit anzeigt. Andernfalls würde das Volumen der Flüssigkeit angezeigt.

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Claims

Patentansprüche

( 1.yVerfahren zum Messen der Masse einer Flüssigkeit oder des veränderlichen Volumens eines metallischen Innenbehälters in einem metallischen äußeren Behälter, wobei das von dem Behälter einge schlössen© Volumen durch die Energie elektromagnetischer Signale erregt wird, deren Frequenzen einen bestimmten Frequenzbereich durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigen- : frequenzen abgetastet und gezählt werden, die in dem Hohlraum des Metallbehälters auftreten, während die elektromagnetischen Signale den vorbestimmten Frequenzbereich durchlaufen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich entsprechend der Geometrie des von dem Metallbehälter umschlossenen Hohlraumes und entsprechend der Dielektrizitätskonstante des Inhaltes ausgewählt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kipposzillator vorgesehen ist, der in zyklischer Abfolge Ausgangssignale

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erzeugt, die regelmäßig den vorgewählten Frequenzbereich durchlaufen, und daß eine Erregersonde (8) mit dem Kipposzillator (14,2o) verbunden ist, die die Ausgangssignale in den Hohlraum des Metallbehälters (2,7o) einstrahlt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Empfängersonde (lo) im Abstand von der Erregersonde (8) mit dem Behälter '(2, 7) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreikanal-Zirkulator (62) zwischen dem Kipposzillator (14,2o) und der Erregersonde (8) eingeschaltet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5> gekennzeichnet durch einen Detektorkreis (24, 26, 28) für die Signalamplitude und einen Zählerkreis (16), der mit dem Detektorkreis (24,26, 28) verbunden ist und die Zahl der von dem Detektorkreis (24) (26,28) erzeugten Ausgangssignale zählt.
7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch einen Programmgeber (12), der zwischen den Kippgenerator (14) und den Zähler (16) geschaltet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorkreis einen Quarzdetektor (24) und einen mit dem Quarzdetektor (24) verbundenen Spitzendetektor (28) aufweist, um bei jeder Spitze in den Ausgangssignalen des Quarzdetektors (24) einen Impuls zu erzeugen.

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