DE19849706A1

DE19849706A1 - Füllstand-Meßsystem mit digitaler Signalausgabe

Info

Publication number: DE19849706A1
Application number: DE1998149706
Authority: DE
Inventors: Walther Menhardt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllstand-Meßsystem, das aus zwei oder mehr Einzelsensoren besteht, deren Zustandssignale zeitversetzt über eine gemeinsame Signalleitung gesendet werden. Das Signal besteht aus Zählimpulsen, deren Anzahl die Zahl der vom Füllgut bedeckten Sensoren wiedergibt. DOLLAR A Die Sensoren 1a bis 1e (beispielsweise PTC-Widerstände) geben Signale "bedeckt" oder "unbedeckt" ab. Die Elemente 2a bis 2e symbolisieren Unterschiede in den Sensoren oder in Zusatzelementen (beispielsweise unterschiedliche Festwiderstände), die eine Signalverzögerung bewirken. Das Element 4 dient, falls erforderlich, zur Signalumformung. Das Ausgangssignal gibt die Zahl der bedeckten oder nicht bedeckten Sensoren an.

Description

Eines der möglichen Verfahren, den Füllstand eines Behälters zu messen, besteht darin, daß mehrere Sensoren in unterschiedlichen Höhen angeordnet werden und jeder Sensor meldet, ob er sich unter oder über dem Füllniveau des Behälters befindet. Die Genauigkeit dieses Meßsystems ist durch die Anzahl der eingesetzten Sensoren bestimmt. Bei vielen bekannten Systemen dieser Art gibt jeder Sensor sein individuelles Signal ab. Im Falle eines elektrisch arbeitenden Sensorsystems muß dann von jedem Sensor zumindest eine Signalleitung an die signalverarbeitende Einheit führen. Die jeweils zweiten Zuleitungen zu den Sensoren können zusammengelegt werden. Bei Einsatz von zehn Sensoren auf unterschiedlichem Niveau werden in diesem System elf Leitungen benötigt.

Die Patentanmeldung EP 0 093 188 beschreibt ein logisches Schaltnetzwerk, das es ermöglicht, die Anzahl der benötigten Zuleitungen zu verringern. Es sind jedoch auch nach diesem Vorschlag mehr als zwei Zuleitungen und außerdem zusätzliche logische Elemente erforderlich.

Erfindungsgemäß werden die Nachteile der beschriebenen Meßsysteme dadurch vermieden, daß die einzelnen Sensoren ihre Signale nacheinander abgeben, so daß alle Signale in eine einzige Signalleitung gespeist werden können. Diese Methode der Signalaufbereitung läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß nach dem Anlegen einer Versorgungsspannung diejenigen Sensoren, die nicht vom Füllgut umgeben sind ein Signal der Form A abgeben und diejenigen, die vom Füllgut umgeben sind, ein Signal der Form B. Befinden sich etwa drei Sensoren oberhalb des Füllniveaus, so geben sie drei Signale der Form A ab, und zwar zeitlich getrennt, und wenn das Auswertesystem nur Signale der Form A registriert, ist das Meßergebnis "DREI".

Die Erfindung wird nun anhand eines Meßsystems auf der Basis von PTC- Füllstandsensoren beispielhaft erläutert. PTCs ("PTC-Widerstände", "Kaltleiter") sind elektronische Bauelemente mit einer großen Temperaturempfindlichkeit des elektrischen Widerstandes. Unterhalb der sogenannten Ansprechtemperatur sind sie niederohmig, oberhalb jedoch hochohmig. Wird ein PTC an Spannung gelegt und nicht wesentlich gekühlt, so erwärmt er sich selbst bis über die Ansprechtemperatur und wir hochohmig, bei guter Kühlung bleibt er jedoch niederohmig. Dank dieses Verhaltens kann ein PTC als Füllstandsensor dimensioniert werden. Er wird beispielsweise im Medium Luft nur wenig gekühlt, so daß nur ein geringer Reststrom fließt, in dem zu kontrollierenden Medium - etwa einer Flüssigkeit - jedoch so stark gekühlt, daß er niederohmig bleibt und ein hoher Strom fließt.

Ein System zur Füllstandmessung mit einer größeren Anzahl von PTCs soll nun anhand Fig. 1 dargestellt werden. In Fig. 1 sind fünf PTCs mit 1a bis 1e bezeichnet. Die PTCs 1a, 1b und 1c befinden sich oberhalb des Niveaus 3 des Füllgutes. Die Ziffern 2a bis 2e bezeichnen in diesem Beispiel elektrische Widerstände. Wird an diese Kette von PTCs und Widerständen eine Versorgungsspannung gelegt, so wird der Strom durch die PTCs durch den gemeinsamen Widerstand der jeweiligen Kombination von PTC und Widerstand bestimmt. Werden für die Widerstände 2a bis 2e steigende Werte gewählt, so werden die Ströme durch die PTCs von 1a bis 1e zunehmend beschränkt und damit auch die Zeitkonstanten für die Erwärmung der PTCs von 1a bis 1e größer. Die Kurve 4 zeigt schematisch den Strom nach Einschalten einer Versorgungsspannung. Zunächst sind alle PTCs kalt und niederohmig: Es fließt ein hoher Strom. Durch die Kombination 1a und 2a fließt der größte Strom, da 2a der Widerstand mit dem geringsten ohmschen Widerstand ist. Deshalb erwärmt sich PTC 1a am schnellsten. Sobald er seine Ansprechtemperatur erreicht hat wird er hochohmig. Dies äußert sich in einem ersten Stromabfall. Nacheinander werden dann die PTCs 1b und 1c hochohmig, was zwei weitere Stromstufen bewirkt. In der Darstellung der Fig. 1 befinden sich die PTCs 1d und 1e unterhalb des Füllgutes. Sie sind gut gekühlt und werden nicht hochohmig. Deshalb ergibt sich auch kein weiterer Stromabfall. Insgesamt ergibt sich nach dem Einschalten der Versorgungsspannung eine Stromkurve mit drei abfallenden Stufen, was bedeutet, daß sich drei PTCs oberhalb des Füllgutes befinden. Durch Differenzieren können drei Zählimpulse (Ziffer b) dargestellt werden.

Die erfindungsgemäße zeitliche Verteilung der Sensorsignale kann durch eine Vielzahl von Maßnahmen erreicht werden. So könnten etwa die PTCs 1a bis 1e in Fig. 1 unterschiedliche Kaltwiderstände haben, so daß die Festwiderstände 2a bis 2e alle den gleichen Wert haben könnten, oder je nach Gesamtdimensionierung völlig entfallen könnten.

Eine zeitliche Aufgliederung kann aber auch durch unterschiedliche thermische Parameter erreicht werden. Dies ist in Fig. 2 angedeutet. Die Elemente 6a bis 6e symbolisieren Wärmekapazitäten. Die Lotmengen an den PTC-Kontakten oder die Anschlußdrähte können mit unterschiedlichen Dimensionen bzw. Massen ausgeführt werden. Im Falle von PTCs in SMD-Ausführung können beispielsweise die Zuleitungsbahnen unterschiedlich breit ausgeführt werden.

Die an Hand der Fig. 1 und 2 für PTC-Füllstandsensoren erläuterte Methode der zeitlichen Aufgliederung von Sensorsignalen kann sinngemäß auch mit anderen Sensoren realisiert werden. So kann etwa ein ähnliches System mit NTC-Sensoren aufgebaut werden. Auch kapazitive oder induktive Sensoren können mit zeitverzögernden Elementen verknüpft werden. Ein Ultraschall-Füllstandmesser kann mit einem einzigen Schall-Leiter eine Kette von Ultraschallelementen anspeisen, die je nach Füllstand Schall reflektieren oder nicht reflektieren und ihr Echo - selbst ohne verzögernde Elemente - zeitversetzt zurückliefern. Das Gleiche gilt für optische Sensoren, die je nach Füllstand ein reflektiertes Signal liefern oder nicht.

Claims

1. Füllstand-Meßsystem, das aus einer Vielzahl von Füllstandsensoren gebildet ist, die auf unterschiedlichen Niveaus eines Vorratsbehälters angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der einzelnen Sensoren zeitversetzt über eine gemeinsame Signalleitung abgegeben werden.

2. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß PTCs als Sensoren eingesetzt werden.

3. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß NTCs als Sensoren eingesetzt werden.

4. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Versetzung der Signale durch unterschiedliche Widerstandswerte der Sensoren erreicht wird.

5. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Versetzung der Signale durch unterschiedliche Werte von Serienwiderständen erreicht wird.

6. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Versetzung der Signale durch unterschiedliche Wärmekapazitäten oder Wärmewiderstände erreicht wird.

7. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kapazitive Füllstandsensoren eingesetzt werden.

8. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß induktive Füllstandsensoren eingesetzt werden.

9. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß akustische Füllstandsensoren eingesetzt werden.

10. Füllstand-Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß optische Füllstandsensoren eingesetzt werden.