DE19728443C1 - Überwachungselektrode für die Füllstandsanzeige in Behältern zur Bevorratung elektrisch leitender Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungselektrode für die Füllstandsanzeige in Behältern zur Bevorratung elektrisch leitender Flüssigkeiten, die in den Innenraum des Behälters eingreift und an deren anschlußseitigem Ende, das einem flüssig­ keitsbeaufschlagten Ende gegenüberliegt, eine Signal- und Überwachungseinrich­ tung angeschlossen ist.

Überwachungselektroden dieser Art werden in Behältern einge­ setzt, um in erster Linie eine Leermeldung bei vollständig entleertem und eine Vollmeldung bei vollständig gefülltem Behälter zu generieren. Überwachungselek­ troden geben üblicherweise ein Signal, wenn die Flüssigkeit im Behälter, die elek­ trisch leitend sein muß, eine leitende Verbindung zwischen dem flüssigkeitsbeauf­ schlagten Ende der Überwachungselektrode und der Wandung des Behälters herstellt. Dieses Signal wird in der Regel in einer elektrischen Auswerteschaltung generiert und dann einer elektrischen Steuerung zugeführt.

Bei einer sogenannten Leermeldeelektrode führt die Unterbrechung der leitenden Verbindung zu der gewünschten Leermeldung. Eine vermeintliche Leermeldung bei tatsächlich noch gefülltem Behälter, in diesem Falle also eine Fehlmeldung, kann dazu führen, daß beispielsweise Produkt in einen noch mit Lauge oder Säu­ re gefüllten Behälter eingefüllt und dadurch verdorben wird. Derartige Vorkomm­ nisse im in der Regel automatisierten Produktionsablauf führen zu Gefahren für die Gesundheit von Menschen, wenn das derart verdorbene Produkt, beispiels­ weise Bier oder Milch, in Abfülleinrichtungen gelangt und dort in die bereitgestell­ ten Gebinde abgefüllt wird. Darüber hinaus entstehen häufig erhebliche wirt­ schaftliche Verluste, da die verdorbenen Produktmengen aus Sicherheitsgründen von den vorhergehenden und nachfolgenden Produktchargen großzügig abzu­ grenzen sind.

Es besteht daher in der Praxis ein berechtigtes Interesse, auch Überwachungse­ lektroden ihrerseits laufend auf ihre Funktionsfähigkeit hin zu überwachen. Es ist bekannt, sowohl die Verbindungsdrähte der Installation zwischen Überwachungs­ elektrode und elektrischer Auswerteschaltung auf Drahtbruch als auch eine stabförmige Sonde auf Abriß oder Beschädigung zu überwachen (DE 30 29 352 C2). Dies wird dadurch erreicht, daß die Sonde aus zwei parallel zueinander und voneinander isolierten elektrischen Leitern besteht, wobei die bei­ den elektrischen Leiter der Sonde an den dem Behälterinneren zugewandten En­ den über ein Leitungsstück miteinander elektrisch leitend verbunden sind und die dem Behälterinneren abgewandten Enden der Leiter voneinander getrennte elek­ trische Anschlüsse aufweisen. Durch die beschriebene Anordnung ist es möglich, zu überprüfen, ob die Sonde abgebrochen ist oder eine Beschädigung aufweist, die das einwandfreie Funktionieren in Frage stellt. Mit Hilfe einer elektrischen Prüfschaltung wird ein Signal generiert, das das Bestehen eines Fehlers anzeigt und gegebenenfalls zur Auslösung von Sicherheitsmaßnahmen dienen kann. Die bekannte Anordnung erfordert einen besonderen mechanischen Aufbau der zu überwachenden stabförmigen Sonde.

In der DE 33 22 657 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung einer länglichen, für die kapazitive Füllstandsmessung in einem Behälter vorgesehene Sonde be­ schrieben, durch die Sonden, wie sie nach der DE 30 29 352 C2 Verwendung fin­ den, ohne besondere konstruktive Anpassung auf einfache Weise in Bezug auf Abriß oder Unterbrechung der Stromzufuhr überwacht werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Sonde einen Anschluß aufweist, der mit einer Kapazi­ tätsmeßanordnung und mit einer Schwellwerteinrichtung verbunden ist, in der mindestens ein Schwellenwert auf eine Änderung der Kapazität im Meßstromkreis eingestellt ist, die bei Unterbrechung der galvanischen Verbindung zwischen der Kapazitätsmeßschaltung bzw. der Meßenergiequelle und dem dem Behälter zu­ gewandten Teil der Sonde auftritt.

Des weiteren ist aus der DE 31 27 637 C2 eine Anordnung zur Feststellung des Füllstands in einem Behälter bekannt, welche die Überprüfung der Funktionsfä­ higkeit und das Erkennen von Fehlern und Störungen des Meßwandlers vom Auswertegerät her ermöglicht, ohne daß hierfür zusätzliche Leiter benötigt wer­ den. Dies wird dadurch sichergestellt, daß das Auswertegerät mit dem Meßwand­ ler durch eine Zweidrahtleitung verbunden ist, über die einerseits die für den Be­ trieb des Meßwandlers erforderliche Gleichstromenergie vom Auswertegerät zum Meßwandler und andererseits das vom Meßwandler gelieferte Meßwertsignal zum Auswertegerät übertragen werden, daß im Auswertegerät eine zeitgesteuerte Ein­ richtung vorgesehen ist, welche die Stromversorgungs-Gleichspannung auf der Zweidrahtleitung periodisch impulsförmig verändert, und daß im Meßwandler eine Steuerschaltung angeordnet ist, die auf jede impulsförmige Änderung der Strom­ versorgungs-Gleichspannung anspricht und die Schaltvorrichtung betätigt.

Die vorstehend beschriebenen bekannten Anordnungen erfordern entweder einen besonderen mechanischen Aufbau der stabförmigen Sonden oder aber mehr oder weniger aufwendige elektrische Prüfschaltungen. Eine Kürzung der stabförmigen Sonde im Laufe der Betriebszeit oder auch zu Beginn der Inbetriebnahme ist ent­ weder gar nicht oder nur mit relativ großem Anpassungsaufwand möglich.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Überwachungselektrode für die Füllstandsanzeige in Behältern zur Bevorratung elektrisch leitender Flüssigkeiten zu vereinfachen und auf einfache Weise in die Überwachung mit einzubeziehen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Überwachungselektrode und des mit ihr verbundenen Überwa­ chungssystems ist Gegenstand eines Unteranspruchs.

Nach dem Vorschlag gemäß der Erfindung besteht die Überwachungselektrode im wesentlichen aus einem Elektrodenstab und einem diesen umschließenden, elektrisch isolierenden Hüllrohr. Der Elektronenstab ist zwischen seinem an­ schlußseitigen Ende und seinem flüssigkeitsbeaufschlagten Ende als Vollkörper ausgebildet, wobei an seinem anschlußseitigen Ende eine Einrichtung zum Sen­ den und Empfangen von Schallimpulsen angekoppelt ist. Letztere ist derart am Elektrodenstab angeordnet, daß die von ihr ausgesandten Hinlaufsignale am flüssigkeitsbeaufschlagten Ende reflektiert und von ihr als Rücklaufsignale emp­ fangen werden können. Die gesendeten und empfangenen Signale werden über eine zweite Signal- und Überwachungseinrichtung überwacht, wobei die Laufzeit des Schallsignales zwischen Aussenden und Empfangen proportional zur Länge des überwachten Elektrodenstabes ist. Da die Länge der unversehrten Überwa­ chungselektrode die Schallaufzeit bestimmt, deuten kürzere Schallaufzeiten auf einen Defekt des Elektrodenstabes hin. Bei Abweichungen von der Sollaufzeit wird ein Störsignal ausgelöst, das in einer nachgeordneten elektrischen Steuerung in der notwendigen Weise verarbeitet werden kann.

Eine derart ausgestattete und überwachte Überwachungselektrode ist auch dort einsetzbar, wo die Elektrodenlänge, aus welchen Gründen auch immer, im Laufe der Betriebszeit oder auch bereits zu Beginn der Inbetriebnahme gekürzt werden soll. Bei einer Verkürzung ist es lediglich erforderlich, die zweite Signal- und Überwachungseinrichtung auf die neue Elektrodenlänge zu justieren.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Einrichtung zum Senden und Empfangen von Schallimpulsen Ultraschallimpulse sendet und empfängt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend kurz beschrieben. Die Figur zeigt in schemati­ scher Darstellung eine Ausführungsform einer Überwachungselektrode, wobei ein als Vollkörper ausgebildeter Elektrodenstab durch die Einkoppelung von Schallimpulsen auf seine Unversehrtheit überwacht wird.

Ein mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 2 befüllter Behälter 1 weist eine Auf­ nahmeöffnung 1a auf, durch die eine Überwachungselektrode 7 flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist und im Innenraum des Behälters 1 endet. Die Überwachungse­ lektrode 7 besteht im wesentlichen aus einem Elektrodenstab 7a und einem die­ sen umschließenden, elektrisch isolierenden Hüllrohr 7b. Der Elektrodenstab 7a ist zwischen seinem anschlußseitigen Ende A und seinem flüssigkeitsbeauf­ schlagten Ende M als Vollkörper ausgebildet, wobei an seinem anschlußseitigen Ende A eine Einrichtung zum Senden und Empfangen von Schallimpulsen 7c an­ gekoppelt ist. Dabei erfolgt die Ankopplung derart, daß von der Einrichtung zum Senden und Empfangen von Schallimpulsen 7c ausgesandte Hinlaufimpulse S1 am flüssigkeitsbeaufschlagten Ende M reflektiert und von ihr als Rücklaufsignale S2 empfangen werden. Eine zweite Signal- und Überwachungseinrichtung 5* ist über Signalübertragungsleitungen 5a* mit der Einrichtung zum Senden und Emp­ fangen von Schallimpulsen 7c verbunden.

Im vorliegenden Falle besteht der Behälter 1 aus einem elektrisch leitenden Mate­ rial, so daß es genügt, an einer Stelle des Behälters 1, im vorliegenden Falle ist dies der Bereich der Aufnahmeöffnung 1a, einen Masseanschluß 4b vorzusehen. Der Erfindungsgedanke ist auch auf Behälter 1 anwendbar, bei denen die Behäl­ terwandung, weil sie elektrisch nichtleitend ist, nicht in den Überwachungsstrom­ kreis eingebunden werden kann. Daß der Erfindungsgedanke auch hier anwend­ bar ist, resultiert aus der Tatsache, daß sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme auf die Überwachungselektrode 3 selbst beschränkt.

Das anschlußseitige Ende A am Elektrodenstab 7a und der Masseanschluß 4b sind mit einer Signal- und Überwachungseinrichtung 4 verbunden, die bei ein­ wandfreier Überwachungselektrode 7 üblicherweise Signale generiert, wenn zwi­ schen dem flüssigkeitsbeaufschlagten Ende M des Elektrodenstabes 7a und der Wandung des Behälters 1 durch die darin bevorratete Flüssigkeit 2 eine leitende Verbindung hergestellt oder unterbrochen wird (Leer- oder Vollmeldung).

Die Signal- und Überwachungseinrichtung 4 ist über Signalübertragungsleitungen 4a mit dem anschlußseitigen Ende A einerseits und dem Masseanschluß 4b an­ dererseits verbunden. Zur Überwachung dieser Verbindung ist es üblich, einen Widerstand zur Drahtbruchsicherung 6 vorzusehen. Wie vorstehend bereits erläu­ tert, kann der Stromkreis, gebildet über die Signalübertragungsleitungen 4a in Verbindung mit dem Elektrodenstab 7a einerseits und dem Masseanschluß 4b und damit der Wandung des Behälters 1 andererseits, nicht derart überwacht werden, daß eine Leermeldung von einem Bruch des Elektrodenstabes 7a, das ein der Leermeldung adäquates Signal auslöst, zu unterscheiden ist.

Um die Unversehrtheit des Elektrodenstabes 7a feststellen zu können, wird dieser über die Einrichtung zum Senden und Empfangen von Schallimpulsen 7c mit Schallimpulsen beaufschlagt. Bei unversehrtem Elektrodenstab 7a benötigen die Schallimpulse, die vorzugsweise Ultraschallimpulse sind, eine bestimmte Laufzeit, um den Elektrodenstab 7a zweimal zu durchmessen. Die hierfür vorgesehene Zeit ist in der zweiten Signal- und Überwachungseinrichtung 5* hinterlegt. Tritt nun beispielsweise ein Bruch des Elektrodenstabes 7a ein, so werden die Schallsigna­ le an der Bruchstelle teilweise reflektiert und dieses reflektierte Signal gelangt nach einer kürzeren Zeit zum Empfänger. Bei Abweichungen von der vorgegebe­ nen Sollzeit für einen unversehrten Elektrodenstab 7a wird ein Störsignal in der zweiten Signal- und Überwachungseinrichtung 5* generiert und in geeigneter Weise weiterverarbeitet. Diese Methode zur Feststellung von Bruchstellen im Elektrodenstab 7a ist unmittelbar vergleichbar mit entsprechenden Methoden in der Materialprüfung, wo insbesondere auch Ultraschallsignale eingesetzt werden.

Ein derart überwachter Elektrodenstab 7a kann ohne weiteres, aus welchen Gründen auch immer, zu Beginn oder im Laufe seiner weiteren Betriebszeit ge­ kürzt werden. Der kürzere Schallweg des unversehrten Elektrodenstabes 7a er­ gibt eine kürzere Schallaufzeit, die in der zweiten Signal- und Überwachungsein­ richtung 5*, beispielsweise durch Einjustieren des Elektrodenstabes 7a, zu hinter­ legen ist.

Claims (2)

1. Überwachungselektrode für die Füllstandsanzeige in Behältern zur Bevorra­ tung elektrisch leitender Flüssigkeiten, die in den Innenraum des Behälters eingreift und an deren anschlußseitigem Ende, das einem flüssigkeitsbeauf­ schlagten Ende gegenüberliegt, eine Signal- und Überwachungseinrichtung angeschlossen ist, mit den weiteren Merkmalen, daß die Überwachungselek­ trode (7) im wesentlichen aus einem Elektrodenstab (7a) und einem diesen umschließenden, elektrisch isolierenden Hüllrohr (7b) besteht, daß der Elek­ trodenstab (7a) zwischen seinem anschlußseitigen Ende (A) und seinem flüs­ sigkeitsbeaufschlagten Ende (M) als Vollkörper (7a) ausgebildet ist, daß eine Einrichtung zum Senden und Empfangen von Schallimpulsen (7c) derart am anschlußseitigen Ende (A) angekoppelt ist, daß von ihr ausgesandte Hinlauf­ signale (S1) am flüssigkeitsbeaufschlagten Ende (M) reflektiert und von ihr als Rücklaufsignale (S2) empfangen werden, und daß eine zweite Signal- und Überwachungseinrichtung (5*) an die Einrichtung zum Senden und Empfan­ gen von Schallimpulsen (7c) zur Auswertung der Schallaufzeit angeschlossen ist.

2. Überwachungselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Senden und Empfangen von Schallimpulsen (7c) Ultra­ schallimpulse sendet und empfängt.