DE1925422A1 - Fluessigkeitsmesseinrichtung - Google Patents

Description

DIPL.THG. AMTHOB

DEPI^-IKO. WOLF D.« vmunarmn am masm

D·· TBAMKr VUT A. M^ 16.5*69

wmmmm (Mti) β » ■

1o 466 Wa/K

WIM

Consolidated Airbone Systems,Ino., New Hyde Park • New York, V.St.A.

Flüseigkeitsmeßeinriohtung

Sie Erfindung betrifft eine Flüeßigkeitsmefleinriehtung sum Messen der Masse oder des Volumens einer flüssigkeit in einen Behälter oder Tank. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum kontinuierlichen, hoehgenauen und stabilen Messen der Treibstoffmenge in den Treibstofftanks von flugzeugen. Erfindungsgemäß wird ein einfaches, zuverlässiges Verfahren zur Durchführung dieser Messungen geschaffen, das viele der Iaehteile bekannter Anlagen beseitigt, die für diesen Zweck vorgesehen sind.

Praktisch alle genauen Treibstoffmeflanlagen, die derzeit für Flugzeuge verwendet werden, hängen von der Messung der Kapazität zwischen zwei Platten ab, die in die Treibstofftanks «iac·« setst sind. Zwischen diesen Ilattefc befindet sieb. Treibstoff» Die Größe der Kapazität wird &as$ jteejri&gesogoB., die TreibetoftV

8ADORIOfNAL

menge im Tank zu messen. Es werden zwei GrundTerfahren zum liessen dieser Kapazität verwendet« Das eine sogenannte "Offen-Kreis" Verfahren stellt die Frequenz eines Schwingkreisββ dar, τοη dem der Kondensator beispielsweise ein Teil ist, oder es stellt die Spannung an einer Brückenechaltung dar, von der der Kondensator ein Teil oder daa Ganze eines Zweigs ist. Das "Begelkreiseeerfahren, das heutzutage weitgehend verwendet wird, und zwar wegen seiner Genauigkeit und seiner" langfristigen Stabilität, sor^t für ein mechanisches Eachgleichen einer Brücke, τοη dar. der Kondensator einen Teil oder das Ganee eines Zweigs bildet. Durch Verwendung des unabgeglichenen Ausgange der Brücke sum Antrieb eines Motors, der wiederum ein Potentiometer antreibt, um die Spannung am Brüokenausgang «u nullen, wird die Stellung des Potentiometerarms als die Ausgangeanseige verwendet, die in Trelbstoffmengeneinheiten geeicht ist«

Die bekannten Konstruktionen mit offenen Steuerkreisen oder ohne bewegliche Teile, die Konstruktionen also ohne das Servo-Iachgleichssystem, haben viele verschiedene laehteile* Dazu gehören ein nicht-linearer Ausgang, bei dem genaue Ablösungen über verschiedene Teile der Skala schwer vorzunehmen sind und die Darstellungen behelfsmäßig sind, ein Auegang, der eine direkte funktion der Verstärkung τοη Verstärkern vor der DarsteXloag 1st, ein Ausgang, der kritisch bei Teretärktr»tr«tt«iagä*£«& aod Änderungen in den Leitungsimpedansen in Besug auf die Kapasitaten in den Treibstofftanke wird» und eine Anlage, die te·! Änderungen in der Dielektrizitätskonstanten und ia Verlustfaktor

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6ÄD ORIGINAL

bei verschiedenen Treibstoffoh^rgen schwierig abzugleichen ist. Das zuvor beschriebene aatomatische Nschgleichsystem, das derzeit R-u häufigsten Verwendung findet, hat auch entscheidend« Nachteile, besonders bei Verwendung in MeSsysteaaen für den Treibstoff von Plugzeugen. Dabei werden bewegliohe Teile in der ?orm. von Motoren und Potentiometern verwendet, die teuer, schwer und relativ uneuverlässig nach heutigen Begriffen sind. Bei ihnen treten Reibung, Einheften und Totstellen auf. Das Arbeiten mit Ihnen wird relativ kritisch bei Änderungen in den Leitun^simpedaneen, hauptsächlich temperatuxbedingte Änderungen in den Kabeln zu den Treibstofftanks. Aus diesen und ander«. Gründen wird eine Anlage für moderne Flugkörper hoher Geschwindigkeit und hoher Betriebssicherheit benötigt, die diee· Äaehteile bekannter Einrichtungen weitgehend, wenn nicht gänalioh beseitigt.

Die Treibetoff-MeÖeinrichtuni gem. der Erfindung »acht nur von Festkörperbauteilen Gebrauch, m an einer Digital«· oder D'Arsonval-Anteige einen. A-uaganc *^u liefern, der linear proportional zum proeentualen Anteil tob. Treibstoff zwischen Kondeneatorplatten in einem Treibetofftank ist. Die Anlage verwende* einen FeetkSrptromforaer oder-Regler Jener Art der liagej&g*- apannung, Regelkondeneatoren und Regelwidtretaade, die «ujt einen leeren uad einen Tollen Betriel>*«tt»taßd eingeetellt eia4, einen Peatkörper-Linearreretärker, einen Veetkftrper-Deaodulater und für die AlternatiTbedingung des Aue»ehalten» heetiamter Instabilitäten eine Modulätoreohaltung, die ebenfalle auf

aufgebaut ist* - _{A Ä Ä} · 4 ·

$09**170**3

ßAD

Zu den Merkmalen der Anlage gem. der Erfindung gehören, daß keine beweglichen Teile vorhanden sind (außer in bestimmten Ausführungsbeiepielen für den Meßanzeiger selbst), was zu geringen Kosten, zu einer einfachen Konstruktion und zu einer hohen Betriebesicherheit führt, daß die Abhängigkeit tob der Genauigkeit in der Verstärkung des Verstärkere in einer geringen Größenordnung liegt, daß entsprechend eine ganz geringe Abhängigkeit in der Ausgan£sablesung von Änderungen in der ßtreukapizität, in den Leitungeatreuverlueten und in anderen willkürlicher. Impedanzen vorliegt, daß wesentlich weniger Betriebse— nergie erforderlich ist, daß die Abgleichmittel für Änderungen in der Dielektrizitätskonstanten und la Verlustfaktor des Treibstoffs einfach Bind, daß die Mittel zur Beseitigung von !Instabilitäten einfaoh sind, die duroh Absaugen des Treibstoffs von der Eüokkopplunge-BezugokapaeitÄt hervorgerufen werden«daß eine weiter verringerte Abhängigkeit von der Bingangβspannung durch eine Bezügespannung vorliegt, die ale Steuerung für den Verstärkungsfaktor dee Verstärkere angewendet wird, und SeJ Mittel zur Verringerung vom QuerepejBnasffen el β Fehlerquelle vorhanden sind· , j

Die Erfindung beseitigt daait viele der laehteile bekannter Anlagen, sorgt aber für die Genauigkeit und Stabilität, wie sie für hoohempfindliche Sreibetoff-Setelnrlehtungen für Flug« körper verlangt werden.

Die Erfindung beiweckt die Schaffung einer geneuen, stabil*»

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8AD

ΐ §2*422

Mβflieinrichtung zum Messen des potential«! Anteils eines Mediums in einem Tank, die ohne bewegliche Teile auskommt»

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Treibstoff-Meßeinrichtung mit einer linearen Auegangeangabe, gegen den pro« zentualen Anteil verbleibenden Treibstoff», Die Me3einrichtung ist komplett auf ?eatkö*rperbaila aufgebaut, let einfach, lit betriebssicher und läßt «loh alt geringen Kasten herstellen.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer einfaohen Treibetoff-Mefeinriohtung, die sich auf Änderungen la treibstoff abgleichen IaSt₉ derart» aafl dar Inseigewert für die verbleibende Mass« oder das verbleibend» Telua»n des M»dlua» genau ist.

Schließlich beiweckt ale Irfladung dl« Schaffung einer Präeieion»-Treib»toff-Mefl»inriehtun£_t Al» keine beweglichen Teile aufweist und dl» la veraaahläeeigbarer lala« το· Ttrttärkungsfaktor des JLuegangrreretÄrker» abhängt.

Die Erfindung ist la nachfolgenden an Eaod einiger Aueführungebeispiel« unter Besugnaha« auf dia Zainhnmngan nlbtr erläutert· In d»n Zeichnungen sindt

TIg· 1A »In Tunktionsaoheaa der ßrundsohal tung d»s bevorzugten Ausführungibeispiele der Xrfindxing,

Fig. TB ein Schaubild durch eine vereinfacht β Käpazitäts-Treibstöff-MeSeinrichtung in einem sylindTlechen Treib stoff tank, wobei der prozentuale grad vollständig festgelegt ist,

2JL ein Funktianasohema der Grundecihaltung in abgewandelter Tora zur Yolumenangabe mit einer Abgleichung für inderunden in der Dielektrizitätskonstanten,

Fig· 2B eine AlternativauafUhruag des in Fig· TLk g«s*igten

Umformer·,

«in Funktioneeoheea der 9ruad«ehal\vng in einer Abwandlung al· abgeglichene Tolumetriaob· Treib» ■toff-Me3einriohtuÄ4 od«7 Unetabllttät bei duxah Treib atoff nl«ht tor,

fig· A «in Funktioneecheaa gen· der Darstellung in Fig· 3» in dem JedooJi lin**lheiten einer möglichen ModuletoreohmltuBg enthalten eind.

Es folgt eine Beeohreibung de· berorsugten AuBfUhrungabeiepiel· der arundmeSeinrlohttDQÄ fOr Treib et off·

dem. Fig. 1A wird die Spannung T₁ an den Oondeaeator

legt, der die Meßsonde 3o darstellt. Der Wert von C. ist eine Funktion des Meßwertes und der Dielektrizitätskonstanten der flüssigkeit 32. Bei der Annahm·, daß der Kondensator O₁, obgleich er nominell aus zwei koaxialen Zylindern 33 und 34 (Fie,. IB) besteht, aus Jeder geeigneten willkürlichen Fora bestehen kann, ist die Ausgangekapazität eine Funktion dee ToIumehs, das im Behälter" 35 enthalten ist, anstatt lediglioh ein« Punktion des Flüssigkeitastands zu sein· Das Symbol 0 wird also verwendet, um das normierte Volumen (Bruchteil) des Gesamt volumens) des Treibstoffe im Behälter darzustellen» -Für eine Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit K wird der Wert für O₁, wie fol^t ausgedruckt ι

Dabei stellt O^ den Teil von Oj dar, der Ton der Dielektrisltätskonetanten des Mediums beeinfluft wird, während C-* den Teil der Konstruktion darstellt) der la «einem Wert unveränderlich ist und nicht durch dae Vorhandeneein oder Fehlen des Mediums im Behälter beeinflußt wir«· line «öl oh· Ke.pa*i tat «komponente ist die «Snd*- oder "Tot'-Kapasität des Systeme· 9er Teil tob O₁₁₁, der vor Telumen 0 »edeekt wird« wird mit der Diel ektriiität «konstant en dee Mediums multipliziert, während der nicht bedeckte Teil (1-0) 0_1a mit der Dielektrizitätskonstanten von Luft und Dampf multipliziert wird, der gleich der Einheit ist (K-1). Die Gleichung kenn wie folgt umgeschrieben werden·

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8ÄÖ OfWiAl.

(2) C₁ » 0C_1a(K-i) ₊ C_1a ♦

oder (3) 01 » 0C_1a(K-1) + C^

Dabei ist C₄ ·♦■ C₁₊ » C, , nämlich die «Leer^-Kapaeität ran C₄,

1 ft Xu 1 β

werji also 0 » 0 ist C₁. ■ ^σι_β· ^p ⁱ⁸* ^ein Büokkopplungekondensator zwischen dem Ausgang des linearen Wechsel at roaifunlctionaverBtärkers 1o iznd dessen Eingang· Technisoh kann es aioh bei C um einen Pestkondensator handeln (bei einer "nicht abgeglichenen" _;;.:eß einrichtung ), oder es kann aioh um einen dia Dielektrizitätskonstante messenden Kondensator handeln, der ständig in das Medium eingetaucht ist (bei einer "abgegllphenen" Meßeinrichtung).

Die Knotengleichung für dia Summe dar Ströme, die eum Eingang

des Verstärkers gelangen, iat durc£ 31βiehung (4) angegeben.

(4) B₁Cr - (T₁C₁ - T₃O₅ - T₂O₂) jv^

dabei ie* SX « MO- ♦ ^₂ * ^C3^ * ⁰I * *d

Q₁ ist dia Eingan^caAmitteju dea Teratajrkera a&d. X^ let die teUte AdmittajiB dea geaehirarUn Drall ta uaw. »a T₂ ■ S₁A U der Teratärkungagrad de· Tera*ärk«r») _t kana man die Formel (4) wie folgt umaohreibeni

oder (6) T₂ ^X > JvJS₂) » (Y₁C₁ - Y₃C₃)

909881/0932 " ⁹ *

BAD OHIOINAt.

%βηη A ausreichend groß ist, kann^-r als unbedeutend im Vergleich zu juXJ- vernachlässigt werden, und die Gleichung (6) reduziert sich auf die Gleichung (7)t

(7) · JwV₂C₂

Der Paktor j fällt weg, und die Gleiohung (7) kann als Glei chung (θ) ungeschrieben werdeni

(8) V

°2

Durch Einsetzen der Gleiohung (3) für C* in Gleiehung (8) er halten wir die Beziehung von VV ale «ine Funktion des Volumen·

(9) V₅, - ^Ti B*»uC-')*«i J - Vi

Durch Verändern von V, oder 0- kann Jetit das Produkt Y*C, so eingerichtet werden, daß es gleioh ▼^C^ i·*» und dabei handelt es sich um eine Festaenge. In Pig« 1A ist C- rerfinderlieh dargestellt, V„ kann Je do oh mühelos «ux Sinetellbarkeit eingeriühtet werden. Bei dieser vorgenommenen Einstellung ('leereinstellung") redusiert eioh die Gleichung (9) auf (1o)i

do) I₇ - ^1^C1« ('--ULJt ·

- Io · 909801/0932

- 1o -

Dabei ist V„ direkt vom Volumen. 0 bei einer konstanten Dielektrizitütskonstanteix K abhän, ji;> Als Hinweis sei festgestellt, da.2 V-, C₁ und C_? konstant sind. Vp ist dann das (Jrundansprechen des Systems auf das Volumen, bei des ein Fehler als Folge einer Änderung ton "K" übergängen wird. Diese Schaltung ist ein "unabgeglichenes gravimetrieohes Syetes".

Die Primärenergie kann entweder von einer Wechselstrom- oder von einer Gleichstromquelle geliefert werden. Die benötigte Energie liegt in der Größenordnung eine Watte im Vergleich zu 6 - 1o Watt bei S ervomeS einrichtungen. Wenn eine Wechsel stromquelle zur Verfugung steht und sie direkt benutzt werden soll, ist es erforderlich, hier einen Begier 14 nachsueehalten, der beispielsweise aus einem Verstärker, einem Gleichrichter, eines Zenemormal und einem Rückkopplungekreie bestehen kann, der die gemessene Amplitudenänderung tob Normal al* Yeretär— kungssteurung zum Verstärker gibt. Sis soleher Begier kann einen stabilen linusausgang liefern, der unabhängig von Leitung s- und Lasteohwankungen ist. Bei Verwendung einer Gleioh-: Stromenergiequelle wird die Bingangsenergie über einen Zener— Vorregler, einen Wechselrichter und eine «usätsliche Regelung der Weohselstrombrüokenspannungen behandelt, falls erforderlich. Die Arbeitefrequen« ist willkürlich, obgleich die Wahl einer Frequenz, die aeynohron eu umgebenden Bnergiefrequenzen iat gewisse Vorteile genieflt, wenn eine synchrone Demodulation für den Demodulator verwendet wird. Je nach der Brückenanordnung wird dabei ein Ausgangsimpuls geliefert, der unabhängig von

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SAD ORIGINAL

der Frequenz und damit ebenso auoh τοπ der Wellenform ist. Obglfcich eine Beschränkung auf,eine Sinuswelle oder auf eine Rechteckwelle nicht vorliegt, ist festzustellen, daß sieh die eine oder die andere als am zweckmäßigsten oder am preiswertesten als Erückenerregernuelle erweist.

Äenn ein "Inverter" erforderlich ist, ist die Verwendung eines stabilisierten Sinus-Wellen-Oszillators und eines Pufferveretärkers oder eines Rechteckwellen-Leietun-soezillators unter Verwendung eines Umformers mit rechteckiger Hystereseschleife in . normaler Schaltang vollkommen geeignet. Bei einem Rechteokwellengenerator wird eine zusätzliche Regelung des Brüokenimpulses mühelos durch Verwendung τοη Zener-Reglern als Clipper erreicht. Andere Mittel sum Abkappen bei einem Festwert können ebenfalls verwendet werden·

In Abhängigkeit τοη der gewünschten Genauigkeit und dem Maß der Kichtlinearität, die.für. eine bestimmte Einrichtung zulässig, ist, kann der Demodulator 16 aus einem normalen Amplitudendetektor bestehen, der aus einer oder Mehrerer Dioden in einer normalen Grleichrieaterausführung besteht· Oder es kann ein Synchrondemodulator verwendet werden, der für eine Bnempfindlichkeit gegen Asynchrongeräuseh und für ein Abweisen der Impulsfrequenz mit 90° Phasenverschiebung mit der angelegten Bezugserregung sorgt. Darüber hinaus vermeidet die Verwen- dung einer Synchronisation die Hichtlinearität, die den Eigenschaften von Dioden innewohnt, die als lineare Grleichriohter

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verwendet werden. Für ein Hochleistungssysteai ist deshalb der Synchrondetektor vorzugsweise vorhanden, wenn nicht eine zwingeude Vorschrift.

Bei der Anzeige 1c kann ee sioh um eine Festkörper-Spannungβ-anzeige oder um iede beliebig· d'Arsonval- oder Quotientenmeeserbevregune; handeln. Obgleich die Verwendung einer Spannbandaafhängun^ zur Verweudurifa mit dem vorliegendtn Auafünrungsbei3^.iel vorgesehen ist, ist das nicht unbedingt erforderlich. Es muS für ein ausreichendes Skalanschwingen vorgesehen sein, ua das gewünschte Auflösungsvermögen zu erbringen. Die Empfindlichkeit der Me,»einrichtung wird durch die Ausgangsleistung feestiaat, die vom Verstärker zur Verfügung steht» Indem für einer, mehr als ausreichenden Ausgang bei V« gesorgt wird, um die Bewegung der Meßeinrichtung auf den vollen Skalenwert zu veranlassen, kann eine "Volljustierung· vorgesehen werden, in« dem lediglich eine ReihentrlwaexWustleruag vorgesehen wird, wie das in flg. 1A, 2A, 3 und 4 gezeigt

Unter Verwendung statistischer Werte» die die Dielektrizitätskonstante but Diohte in Beziehung eetsen, kann degfall eingetauohte Kondensator O₂ mit eines fr«ad«a tor kombiniert werden, um für eine "afcgeglionene sehe¹* Meßeinrichtung zu sorgen, die auf einer ftlei«h«ng auf gebaut ist, die die mittlere et&tistieche Besiehnag swieehen den •Dlelektrisitätsindex» (K-t) und der Sichte D auedrüekt. Hab wird durch die Gleichung auegedrüokti

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• ·

/.. ' SAD ORIGINAL

- 13 -

^ίι1)

Darin sind ^Ma^M und ^Hb" unterschiedliche Werte für rerschiedene Treibstoffe.

Wenn in der Schaltung der Fig. 11.,C₂ als eint offene Konstruktion an^euommen wird, die vollkommen in die eu meesende Flüssigkeit ein_faetaucht wird, und zwar ständig, kann es als Bin-

richtung verwendet werden, um Fehler als Folge der Dielektrizitätskonstanten zu korrigieren. Diese hier in Frage stehende Abglelciiung bewirkt, daß der Ansprechwert Vp ein Maß für die Flüspi^keits^^sGe im Behälter ist. Bei vollständiger Bintauohung wird der Wert der Kapazität, der an den Anschlüssen des Kondensators Cp geoieaien wird, durch die folgend· Formel ausgedruokti

(12) C₂ - C_2aK ♦ 0_2t

Dabei ist 0_2a der Teil des Kondensators, der einer Änderung als Folge des Eintauchens in die dielektrische Flüssigkeit mit konstantem ^BK^W unterliegt, und O₂+ ist der Teil, der Tom Eintauchen, unbeeinflußt bleibt« Wenn von der rechten Seite der Gleichung C_2a addiert und subtrahiert werden, erhält aan

(U) O₂ - O₂₁₁K - c_2a ♦ o₂, ♦

Diese Gleichung kann wie folgt uageeehrieben werden! - 14 ·

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"■'■'-«■-^ ·—-.! oAU

(H) G - C₉ (K-1) + C

Dabei ist C₉ = C_?a + C_p. der Wert der Leer- oder "Trocken"· Kapazität von C₉. M 2 π klaiunert de im C„ eus und erhält!

Die Ähnlichkeit der rechten Seite dieser Gleichung mit der rechtem Seite der Gleichung (11) ist feetsustellen, und die Gleichung (15) wird für C₂ in Gleichung (1o) ersetzt, so daß ina.1 folgende Gleichung erhälti

(16) V₂ » 1 Ia^ " '*

Indea deji eingetaucht en Kondensator weitere punktförmig verteilte Featkapazität in Padding-JLnordnung zugeordnet wird, >suin der Wert von C₀ eingeteilt werden, ohne da3 C₀ beein-

^a flußt wird. Er kann deshalb so gewählt werden, daß das Verhält-

^C2a '·- "b· in Gleichung (11) ist. Die Gleichung (16) läßt

sich da.m wie folgt umschreiben«
(17) ⁷^g¹V₁) - aVy

^C2e

oder (18) V₀ «^1 IaJa, wobei m - ^D ist.

^2e - 15 -

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Dadurch i^t für einer. Ausgang V₂ gesorgt, der eine direkte Funktion der Masse ^Hm^M der in deoi Behälter enthaltenen Flüssigkeit iot. Wenn eine perfekte Inotramentierung angenommen wird, sind die verbleibenden Fehler die, die auf die Abweichungen in Jeder Probe des verwendeten Treibstoffs zurückzufahren sind, und z.var in Abweichung von der nominellen statistischen Beziehiinc, wie sie durch die Gleichung (11) ausgedrückt iiit.

Wenn die Schaltung der Pig. 1A gem. der Darstellung in Pig. 2A gelindert wird, wird die neue Gleichung für die Summe der Ströme, die in den Verstärker A gelangen, durch die Gleichung (19) ausgedrücktt

(19) S₁IY - (V₁C₁ - V₃C₃ - V₂C

₂C₂

Der unterschied zwischen den Schal'tungtn der Pig· 1A und Fig« 2k lie^t in der Aufnahme eines zueätBlichen Kondensators C, (der auf einen bestimmten Wert voreingestellt-wird, der gtm. der nachfolgenden Erörterung bestimmt wird) und in einer Richtung zum Umkehren der Ausgangsspannung Vg, die in diesem Ausfüh— run_osbeispiel durch einen Umformer mit festem Umformrerhältnis von 1 ι η symbolisiert ist. Andere Einrichtungen zum Erreichen des gleichen Ziels können ebenfalls verwendet werden, die nioht zu einer Änderung des geforderten Prinsips führen. Ein Beispiel für eine solche Alternativeinrichtung ist die Verwendung eines Differentialverstärkers für A und die direkte Verbindung von C.

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- 16 -

zwischen der Aiiognr^ss^annun^; Vp und dem nicht umkehrenden Eingar._o von A gem. der Darstellung in Fig. 2B_f bei der die Schaltan^ zwischen den Anschlüssen 22, 24 und 26 wie in Pig* 2B ersetzt sind und die Anschlüsse 28 und 3o offengelassen sind· In dem einen wie in deii anderen Pail kann entweder nV« oder 0. eingestellt werden, um das gewünsohte Ergebnis zu liefern.

Gleichung kann nach Vp aufgelöst werden»

Wiederum kann e. durch den Wert 2 ersetzt werden und die

(2o) Vp

^f - V₂ (C₂ - nO₄)]

(21) V₂TiY ^

(22) V₂ - i**Vi·- ^Y3^C3

^Y3^C3> IT/A + MO₂ - nC₄)

dabei hat J* die gleiche Bedeutxmg wie in der Sleiohang (4).Bei einer ausreichend groSen Teratärkung (A) kann j* im Vergleiela auin Wert von Jw(C₂ - nC^) Ternaohläeeigt werden, und die Gleichung (22) verküret sich wie folgti

(23) T₂ -Vi ■ ^Y3°3

Indeu die Werte für C₁ und C₂ eingesetzt werden, wie sie durch die Gleichungen (13) und (H) ausgedrückt sind, erhält man für Gieichunj C23)i 909881/0932 -17-

-8ADORfGINAL

- 17 -

₍₂₄₎

c_2a (K-D ♦ c_2e -

Erneut Wird V₅C₅ eingestellt, βο daß dieser Wert gleioh V₁C₁₈ ist, und darüber hinaue wird nC. eingestellt, «o daß ·8 gleioh Cp ist. Dadurch entsteht!

(25)

unter dem Vorbehalt, daß K-V Φ 0 (was bedingt, daß dtr Kompen sator bedeckt bleibt) rerkürst eioh dieser Aueruok bus

(26) T₂ -J2l!l*>

Der Ausgang Y₂ ist also unabhängig τοη der 2?i#l*lcteri4itltik<wfcstanten und 1st eine direkte fuaktios. dee Tolu»©ns, und dfie ist das gewünschte Brgebnis·

Falls ein progreseiTea Abdecken des Koapensators C₂ Tonetatten geht, geht der faktor (K-D &* Heime? und Zähler gleichseitig auf Null su (K » ~\), wenn die Meßsonde und der Kompensator leer sind, und die Sleiohirag (2§) wird unbestiaat, «ähresA 4ie 91 ei« chung (26) ungültig wird» Der payalkalleeh» Bf£e!ct ist «im· fehlerhafte Auegengsanseige la AbMngigkeit Toa dea Üa^er*«b«miarkeiten der Aufnahmt und anderen fre䣫infl&asezt,· line linriohtung zur Terhladeru»g des lntstehens &m& unbeatiäataa

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stands ist in Pig· 'i dargestellt. Der demoduli&rte Ausgang (nV-)¹ (ein« Gleichstromspannung proportional zu T₂) wird an eine:. Begrexizer 2o zusätzlich zu der d*Arsonvel-MeSanzeige angelegt. Der Paktor "n" in (nT₂)· ist eine Proportionalitätskonstante, die die Einflüsse der Dämpfung (oder Terstärkung) durch den Demodulator sowie den konstanten Formfaktor τοη Tg einschließt. Der Eegrenzer gibt den demodulierten Ausgang zum Llod^latar ohne Einfluß weiter, außer daß er an den Wert

P" entsprechend Zeile 24 auf Seite 13 des engliechen Tex-

tes far solche Werte von 0* - 1, angeklammert wird, wobei 0* der Teil des Volumens ist, das zum Bedecken des Kondensators erforderlich lot, d.h. wenn 0* « 1, dann ist der Kompensator ▼ollständig bedeckt. Wenn man eine Tariable B definiert, derart, daS ß » (nV₂)» · /TST^J¹" , dann. Variiert 1 über den Bereich 0 & 0« £ 1S über den Bereich τοη 0 * S * 1. Bein Blook 12 haadelt es sich um einen Modulator, bei der die Tariable 3C mit dem Strom als Folge der Wechsel Stromspannung V 2 die an den Kondensator C. angelegt wird. Der neue konstante Paktor m stellt die Ansah! der "YC-Sinheiten* der Inderung la Wechselstromausgang dar, die für jedes ToIt angelegter Sleiofestromapannung tob Begrenzer auftritt· Der Zweck der Darstellung des ModulationBTerfmhrens in dieser Weise beruht darin, daß unterstrichen werden soll, daß unabhängig τοη gewählten !erfahren zum Srreiohen dieser Funktion das abgeleitete Schema gültig ist· Zu den Terschiedenen Löeuagen gehören die, die den Begrenzerausgant, benutzen, üb mit Tp allein, C. allein oder mit dem T₃O--Produkt zu arbeiten (KonstantStromverstärker

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:^-Λ&ηΰ .;β^ο ORIGINAL

- 19 mit verJxderlicher Verstärkung).

Die Stromkomponeivte mSV^C, kann mit anderen Komponenten der Brücke kombiniert werden, indem sie gea. der Barstellung an den nicht umkehrenden Eingang eines Differential-FunktioneYeretärkere angelegt wird. Ea kann jedoch eine phasenumkehrend« Einrichtung rerwendet werden, die in einen beliebigen Teil des Hegelkreises eingebaut wird. Dadurch kann sie in den umkehrend·» Eingan_u eines Eintakt-FunktionsYerstärkere ausammengefaßt werder.. In desi einen Fall wie in dea anderen gibt die Gleichung (27) die Gleichung für die Eingangeströme zum Verstärker ans

(27) e_t1
Da V₂ - U₁A,

(28) V₂

wot ei f Ui^1/k<* (C₃- mSO.) (29) V. - V₁-V₃

für den Bereich C & 0¹ * 1 _f (Jo) . G₂ * 0*®₂& ^¹"¹) "

SAß

-· 2ο,-

Durch Einsetzen dieser Werte in (29) und durch Einrichten,
da3 V₅C₅ * ^vi^cie ^is-t» ergib* sich!

(52) T₂- ^V1°1a

Fc₂₈/te-υ + σ_2β - ₄

Für den Pell, bei dec die Dielektrizitätskonstante einen Hennwert von Κ« einnimmt»

(55) T₂ -Vi.

- T) ₊ 0_2e - ₄

Zweckmäßigerweise hat der Nenner einen gemeinsamen Paktor«
(K₁T - 1)," so daß er mit dem Paktor (K^-1) ia Zähler herausgestrichen werden kann. Is läßt eich die folgende Toraussetzung aufstelleni

Wenn (34) C_2e

dannj (35) V₂

Wenn $^% + 1 - ß eingeechränkt wird, so daß ^f* 4-1 - B « 1, dann«

(36) Y₂^K-K₅ =- ⁷1°1a

^C2a

Da· ist das gewünschte Ergebnis· Zu beachten ist, daß daa H@r«~ auestreichen τοη (Kj- 1) aus d*a Zähler und aus dem Nenner su-

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Lässig ist, da es sich dabei um eine endliche Größe handelt (beispielsweise K^ « 2.o9o bei JP-4 Treibstoff) und für die •geforderte Einachränkung jtf¹ * ß. Deshalb kann die allgemeine GKLeiohung (32) umforauliert werden, um alle τ or angegangenen Voraussetzungen für den Nenner einzuschließen.

(37) V_Q » ^yi°1a

oder (38) I₀ = Via

^C2a

Bei einer Bedeckung des Konpensatore ist 0* » 1, und die Formel (38) reduziert eich aufs

(39) V₂ - Via

°2a

was die gewünschte Beziehung ergibt, bei der Tg eine Funktion nur von 0 ist, jedoeh unabhängig τοη K ist«

Ferner nähert sich der Wert τοη ?₂ ^ai* ^*²" Aanftherung von ^ an Hull ι

^C2a

Das bleibt eine endliche OrSSe mit der AnnKheruBg von E auf ein·,

um damit unbeetimate Bedingungen zu verhinderii» * 22 -

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ORlßlMAL INSPECTED*

Während ein Umformer als Teil der Brückenschaltung gezeigt ist» kann Jede geeignete Quelle von Spannungen entgegengesetzter Phaee als Spannun^squelle für die Brücke verwendet werden, deren Größe und Größenverhältnis su einem gemeinsamen Bezugspunkt stabil sind. Beispielsweise kann für diesen Zweck ein MultiTibrator benutzt werden.

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Claims (4)

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   Patentansprüche

   Ί.) Kapazitc-ts-Volumen- oder Mengen-Meßeinrichtung für eine Flüssigkeit mit einem Kompensatorkondeneator unter Verwendung der. Flüssigkeit als ein Dielektrikum, gekennzeichnet durch einen Umformer mit Mittelabgriff an der Sekundärwicklung zur Erregung durch eine Stabilimpulsspannung, wo- . "bei der Mittelabgriff mit einer Bezugeerde verbunden ist und wobei die Sekundärwicklung mit Mittelabgriff zwei Zweige einer Br^cke:ischaltung bildet, einen Zwei-Platten-Meßkondensator zum Eintauchen in die Flüssigkeit in deu Behälter um ein Maß« das τοη dea Hiveau abhängt, wobei die Rβafctana des MeSkondensatora eine Funktion dee Hiveaue und der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkeit ist und wobei eine Platte des Maßkondeneatore alt ©is.©a Und© t@r Sekundärwicklung mit Mittelabgriff verbunden ist ub& ©in@n fritten Zweig der Brückeneohaltung bildet, einen Zwei-Platten-Bezugskondensator, dessen eine Platte.mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung mit Mittelabgriff verbunden ist und einen vierten Zweig der Brückensohaltung bildet, wobei die anderen Platten des Meßkondensators uad d@e Bezu^skondensatorß in tLnem gemeinsamen Eckpunkt Vtrfeunden ®is&₀ ©ia®n Fuaktion§veritärker_f dessen Eingangssts-osEkr®is .zwischen t©m gemeinsamen Eckpunkt und dem Mittelabgriff ^ges@hloso©n let, ΑβΓβ4?Ί_β tftS an den Eingang des SHiaistieasVogetarlssg^ ©in® Weehselgtromepanaung angelegt wir<&₉ *£© ^©a isr Bifferens in ior Kapaiitä*

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   BAD ORIGINAL

   zwischen dex Me3kondensator und dein Bezugskondensator abhängt, einen zum Empfangen des Ausgangs vom Punktiohsverstärker angeordneten Demodulator, einen mit dem Auegan_o dee Demodulators verbundenen Anzeiger, einen mit dem Ausgang des De^odalators verbundenen Begrenzer, einen mit dem Ausgang des Begrenzers und mit dem Ausgang des Funktionevarstürkers verbundenen Modulator, wobei der Ausgang des Modulators zur Brüokenschaltung gespeist wird, einen Zwei-OPlatten-Kompensationskondensator zwischen dem Ausgang und de« Eingang des Funktioneveretärkere zur Rückkopplung bob BIngang eines Teils der Ausgangaepannung dee Verstärkers, wobei der Kondensator mit Flüssigkeit, dtren Niveau zu messen ist, als Dielektrikum verwendet, und einen alt dem Ausgang des Funktioneverstärkeie verbundenen Anseiger, der auf den Ausgang des Funktionsverstärkern sus Anzeigen der Plüeeigkeitsmenge anspricht.
2. 2. KapazitatB-ToIumen- oder Meng«n-*«Seinriohtun,g nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß «in Differential—Funktion»» verstärker vorgesehen ist, dessen erster EingangeetroÄkreit zwischen dem gemeinsamen Eckpunkt und dem Hittelabgriff abgeschlossen ist, und daß der Auegang des Modulator« rast zweiten Eingang des Differential-Funktionveretärkera ge« sepeist wird.

   5. Kapazitäte-Tolunen- oder Mengen-Meßeinrichtung naoii Anepruth 1 oder 2, daduroh g«kenn*eieinet, daJ statt des Begreneere

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   ein Umformer vorgesehen ist, dessen Primärwicklung mit dem Ausgang de
3. 3 Verstärkers verbunden iet, und daS ein Kopplun₀skondeh.sator zwischen einem bestimmten Ende der Sekundärwicklung des Umformers und dem Eingang des Verstärkers angeschlossen ist, wobei dsi3 bestimmte Ende derart gewählt ist, daß dem KopplunöSkondensator eine Spannung zugeführt wird, die mit deüi Eingang des Umformers außer Phase ist.
4. 4. Kapazitäts-Volumen- oder Mengen-Meßeinrichtung naoh Anspruch 1-3, gekennzeichnet durch eine Schaltung sum Synchronisieren des Demodulator» mit der an die Brüoke angelegten Spannung.

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   ORIGINAL