DE19913237A1

DE19913237A1 - Fluid level sensor for liquid stores such as rainwater cistern has electrical circuit between sensor head and measurement unit with input of circuit connected via more than two-core cable with sensor head

Info

Publication number: DE19913237A1
Application number: DE1999113237
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ehlert
Original assignee: GEP UMWELTTECHNIK GmbH
Current assignee: GEP UMWELTTECHNIK GmbH
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-09-28

Abstract

A sensor head (1) performs a pressure measurement and may be located in a liquid container. An electrical circuit (2) is provided between the sensor head (1) and a measurement unit (3). An input (12) of the circuit (2) is connected via more than two-core cable (9) with the sensor head (1). An output (14) of the circuit (2) is connected with the measurement unit (3) via two-core cable (15).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Füllstandssensor für Flüssigkeitsspeicher mit Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a level sensor for liquid storage with features of the generic term of claim 1.

Derartige Füllstandssensoren sind aus der Praxis bekannt. Der Füllstand des Flüssigkeitsspeichers wird dabei über einen in der Nähe des Bodens angeordneten Druckaufnehmer ermittelt. Der Druckaufnehmer enthält einen elektromecha nischen Wandler, beispielsweise in Gestalt eines auf ei ner Membran angeordneten Dehnmeßstreifens oder in Gestalt eines piezoelektrischen Elements. Zur Kompensation von Leitungswiderständen ist es insbesondere bei widerstands basierten Meßmethoden erforderlich, einen Referenzwider stand in dem Sensorkopf anzuordnen. Dies bedingt eine elektrische Anschlußleitung mit einem mehr als zwei Adern aufweisenden Kabel. Diese mehradrigen Anschlußleitungen werden bei den bekannten Füllstandssensoren aus dem Flüs sigkeitsspeicher herausgeführt und enden in einer Meßein heit, die in einem von dem Flüssigkeitsspeicher beabstan deten Gebäude angeordnet ist. Bei Regenwassernutzungsan lagen ist der Flüssigkeitsspeicher eine Regenwasserzi sterne, deren Füllstand überwacht und an ein in dem Ge bäude angeordnetes Steuergerät übermittelt. Die rein handwerkliche Installation der Verbindungsleitung stellt dabei in der Praxis eine recht häufige Fehlerquelle dar. Falls nämlich beispielsweise das Verbindungskabel ein vieradriges Kabel ist, gibt es insgesamt 24 Möglichkei ten, die Verbindungsleitung an eine Klemmleiste mit vier Anschlüssen anzuschließen. Es ist in der Praxis nicht zu erwarten, daß die Zuordnung bei diesem Anschluß korrekt ausgeführt wird.Such level sensors are known from practice. The fill level of the liquid storage is over a pressure transducer located near the floor determined. The pressure sensor contains an electromecha African converter, for example in the form of an egg ner membrane arranged strain gauge or in shape of a piezoelectric element. To compensate for Line resistance is especially with resistance based measurement methods required a reference resistance was to be placed in the sensor head. This requires one electrical connection cable with one more than two wires having cable. These multi-core connecting cables are in the known level sensors from the river liquid storage led out and end in a Messein unit that is in one of the liquid reservoirs deten building is arranged. With rainwater utilization the liquid storage is a rainwater cell stars, their fill level is monitored and sent to a control unit arranged in the building. The pure manual installation of the connecting line is a very common source of error in practice. If, for example, the connecting cable is four-wire cable, there are a total of 24 possibilities ten, the connecting line to a terminal strip with four Connections. In practice it is not too expect the assignment on this port to be correct is performed.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Füllstandssensor dahingehend zu verbessern, daß der elek trische Anschluß an die Meßeinheit einfacher zu bewerk stelligen ist und damit die Fehlerhäufigkeit in diesem Bereich sinkt.It is therefore an object of the present invention to Level sensor to improve that the elec trical connection to the measuring unit easier to work digit and thus the frequency of errors in this Area is sinking.

Diese Aufgabe wird von einem Füllstandssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weil zwischen dem Sen sorkopf und der Meßeinheit eine elektrische Schaltung vorgesehen ist, deren Eingang mit einem mehr als zweia drigen Kabel mit dem Sensorkopf verbunden ist und deren Ausgang zweiadrig mit der Meßeinheit verbunden ist, kann die mehradrige Kontaktierung des Sensorkopfes mit der elektrischen Schaltung beim Hersteller fest vorgenommen werden. Die zweiadrige Verbindung mit der Meßeinheit bie tet nur noch zwei mögliche Anschlußvarianten, die wesent lich einfacher zu identifizieren sind. Dabei ist ein zu verlässiges Meßergebnis weitgehend unabhängig von der räumlichen Entfernung zwischen der Schaltung und der Meßeinheit, wenn der Ausgang der Schaltung mit der Meßeinheit eine Stromschleife bildet, deren Stromstärke ein Maß für den am Sensorkopf anliegenden Druck ist. Die Stromschleife kompensiert eventuell auftretende Leitungs widerstände. Eine besonders fehlertolerante Variante er gibt sich, wenn die Adern des Ausgangs an der Meßeinheit vertauschbar anschließbar sind. Die verbleibenden beiden Varianten für den Anschluß der zweiadrigen Leitung an die Meßeinheit sind dann äquivalent. Eine besonders zuverläs sige Ausführungsform ist möglich, wenn die Schaltung dem Flüssigkeitsspeicher zugeordnet, insbesondere innerhalb des Flüssigkeitsspeichers angeordnet ist. Dann kann der Flüssigkeitsspeicher direkt ab Hersteller mit dem Füll standssensor versehen werden. Der Füllstandssensor wird sowohl gegen Fremdeingriffe als auch gegen das Eindringen der Flüssigkeit wirksam gesichert, wenn der Sensorkopf, das mehr als zweiadrige Kabel, die Schaltung und das zweiadrige Kabel derart miteinander verbunden sind, daß sie nicht zerstörungsfrei voneinander trennbar sind. Sie können beispielsweise durch ein Tauchverfahren miteinan der vergossen oder versiegelt werden. Der Füllstandssen sor kann besonders genau und insbesondere temperaturunab hängig arbeiten, wenn der nicht mit der Flüssigkeit be aufschlagte Innenraum des Sensorkopfes mit dem atmosphä rischen Luftdruck in Verbindung steht. Dies kann durch eine Schlauchleitung erreicht werden, die durch das mehradrige Kabel und gegebenenfalls auch durch das zweia drige Kabel hindurchgeführt wird. Schließlich ist von Vorteil, wenn das mehr als zweiadrige Kabel eine derart bemessene Länge aufweist, daß bei einem Flüssigkeitsspei cher mit einem Speichervolumen und einem Leervolumen die Schaltung in dem Leervolumen anzuordnen ist. Damit ist die Schaltung stets oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, während der Sensorkopf an einer unteren Stelle des Flüs sigkeitsspiegels angeordnet werden kann. Praktikable Län gen des Verbindungskabels sind 1,5 m oder 2,0 m.This task is performed by a level sensor with the Features of claim 1 solved. Because between the Sen sorkopf and the measuring unit an electrical circuit is provided, the input of which with more than two third cable is connected to the sensor head and their Output two-wire can be connected to the measuring unit the multi-core contacting of the sensor head with the electrical circuit made by the manufacturer become. The two-wire connection with the measuring unit bie tet only two possible connection variants, the essential are easier to identify. One is too reliable measurement result largely independent of the spatial distance between the circuit and the Unit of measurement when the output of the circuit with the Measuring unit forms a current loop, its current strength is a measure of the pressure applied to the sensor head. The Current loop compensates for any lines that may occur resistances. A particularly fault-tolerant variant arises when the wires of the output on the measuring unit are interchangeable. The remaining two Variants for connecting the two-wire cable to the Measuring units are then equivalent. A particularly reliable one Sige embodiment is possible if the circuit Liquid storage assigned, especially within the liquid reservoir is arranged. Then he can Liquid storage directly from the manufacturer with the filling level sensor. The level sensor will both against intrusion and against intrusion the liquid is effectively secured when the sensor head, the more than two-wire cable, the circuit and that two-core cables are connected to each other in such a way that they cannot be separated from one another without being destroyed. she can be with each other, for example, by a dipping process which are shed or sealed. The fill level sor can be particularly precise and in particular temperature-independent work hanging when not with the liquid opened interior of the sensor head with the atmosphere air pressure. This can be done by a hose line can be achieved by the multi-core cable and possibly also through the two-wire third cable is passed through. Finally is from Advantage if the more than two-core cable is such dimensioned length has that in a liquid spit with a storage volume and an empty volume Circuit in the empty volume is to be arranged. So that is the circuit always above the liquid level, while the sensor head at a lower point of the river liquid level can be arranged. Workable Län The connection cable is 1.5 m or 2.0 m.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.In the following an embodiment of the present described the invention with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Die schematische Darstellung eines Füll standssensors nach Art eines Blockschalt bildes; sowie Fig. 1 The schematic representation of a level sensor in the manner of a block diagram; such as

Fig. 2 die schematische räumliche Anordnung eines Füllstandssensors mit einem Flüssigkeits speicher und einem Gebäude. Fig. 2 shows the schematic spatial arrangement of a level sensor with a liquid storage and a building.

In der Fig. 1 ist ein Füllstandssensor mit einem Sensor kopf 1, einer Schaltung 2 und einer Meßeinheit 3 darge stellt. Der Sensorkopf 1 umfaßt ein Gehäuse 5, eine Mem bran 6, einen Meßwiderstand 7, der mit der Membran 6 ver bunden ist, sowie einen Referenzwiderstand 8. Eine dreia drige Leitung 9 führt aus dem Sensorgehäuse 5 heraus. Das Sensorgehäuse 5 ist mit einer Vergußmasse 10 umhüllt und gegenüber der Flüssigkeit hermetisch abgeschlossen. Das Kabel 9 verbindet den Sensorkopf 1 mit der Schaltung 2. Die Schaltung 2 weist eine mit dem Kabel 9 verbundene Eingangsseite 12, einen elektronischen Schaltkreis 13 so wie eine Ausgangsseite 14 auf, die mit einem zweiadrigen Kabel 15 kontaktiert ist. Die Schaltung 2 ist von einem Gehäuse 16 umgeben, das wiederum mittels der Vergußmasse 10 hermetisch abgedichtet ist. Das zweiadrige Kabel 15 verbindet die Schaltung 2 ausgangsseitig mit der Meßein heit 3, die letztlich den an der Membran 6 anstehenden Flüssigkeitsdruck auswertet und gegebenenfalls anzeigt.In Fig. 1 is a level sensor with a sensor head 1 , a circuit 2 and a measuring unit 3 Darge provides. The sensor head 1 comprises a housing 5 , a membrane 6 , a measuring resistor 7 , which is connected to the membrane 6 , and a reference resistor 8 . A three-wire line 9 leads out of the sensor housing 5 . The sensor housing 5 is encased in a potting compound 10 and hermetically sealed from the liquid. The cable 9 connects the sensor head 1 to the circuit 2 . The circuit 2 has an input side 12 connected to the cable 9 , an electronic circuit 13 as well as an output side 14 , which is contacted with a two-wire cable 15 . The circuit 2 is surrounded by a housing 16 , which in turn is hermetically sealed by means of the sealing compound 10 . The two-wire cable 15 connects the circuit 2 on the output side with the measuring unit 3 , which ultimately evaluates the liquid pressure at the membrane 6 and, if necessary, displays it.

In der Fig. 2 ist schematisch die Installation eines er findungsgemäßen Füllstandssensors am Beispiel einer Re genwasserzisterne 20 für die Nutzung von Regenwasser in einem Gebäude 21 veranschaulicht. Der Sensorkopf 1 ist bodennah in der Zisterne 20 angeordnet, so daß eine mög lichst große Flüssigkeitssäule eines Flüssigkeitsvolu ments 22 auf der Membran 6 lastet. Die Leitung 9 führt aus dem Sensorkopf 1 heraus zu der oberhalb des Flüssig keitsspiegels angeordneten Schaltung 2. Das Nutzvolumen der Zisterne 20 ist damit unterhalb eines Dombereichs 23 angeordnet, während der Dombereich 23 selbst das für Zu lauf, Überlauf und sonstige Installationen erforderliche Leervolumen bereitstellt. Die Leitung 15 verläuft unter irdisch von der Schaltung 2 zu der Meßeinheit 3, die im Keller des Gebäudes 21 angeordnet ist. Neben der be schriebenen elektrischen Installation gehört zu der Re genwassernutzungsanlage noch ein System aus Regenwasser leitung, Filter, Überlauf mit Kanalanschluß sowie Sau gleitung zwischen dem Flüssigkeitsvolumen 22 und einem in dem Gebäude 21 angebrachten Motorpumpenaggregat. Diese Bauelemente sind an sich bekannt und der Übersichtlich keit wegen nicht dargestellt.In Fig. 2, the installation of a fill level sensor according to the invention using the example of a re genwasserzisterne 20 for the use of rainwater in a building 21 is illustrated schematically. The sensor head 1 is arranged near the bottom in the cistern 20 , so that the largest possible liquid column of a liquid volume 22 loads on the membrane 6 . The line 9 leads out of the sensor head 1 to the circuit 2 arranged above the liquid level. The usable volume of the cistern 20 is thus arranged below a dome area 23 , while the dome area 23 itself provides the empty volume required for inlet, overflow and other installations. The line 15 runs underground from the circuit 2 to the measuring unit 3 , which is arranged in the basement of the building 21 . In addition to the electrical installation described, a system of rainwater pipe, filter, overflow with sewer connection and suction slide is also part of the rainwater utilization system between the liquid volume 22 and a motor pump unit installed in the building 21 . These components are known per se and not shown for the sake of clarity.

Im Betrieb ist der Sensorkopf 1 an einer möglichst tiefen Stelle des Flüssigkeitsvolumens 22 angeordnet, so daß er ein über alle möglichen Füllstände der Zisterne 20 nutz bares elektrisches Signal abgibt. Der auf der Membran 6 lastende Flüssigkeitsdruck, der direkt proportional zum Füllstand der Zisterne 20 ist, verändert den Widerstand 7. Aus dem Widerstand 7 und dem Referenzwiderstand 8 wird in der Schaltung 2, genauer gesagt in dem Elektronikbau stein 13, eine Whitstone'sche Brücke gebildet, die eine sehr genaue Bestimmung des elektrischen Widerstandes im Bauelement 7 unter Kompensation der Leitungswiderstände ermöglicht. Das Elektronikmodul 13 setzt auf seiner Aus gangsseite 14 das gemessene Signal in einen vom Betrag des Widerstandes 7 abhängigen Stromwert um. Dabei wird die aus der Meßeinheit 3 kommende, über die Leitung 15 an gelegte Spannung zugleich als Meßsignal und als Stromver sorgung für das Modul 13 genutzt. Die Ausgestaltung als Stromschleife macht bei diesem Ausführungsbeispiel die Auswertung in der Meßeinheit 3 unabhängig von Kabellän gen, Leitungswiderständen und Übergangswiderständen. Wo es möglich ist, wird die Schaltung 2 so ausgelegt, daß die beiden Anschlüsse der Leitung 15 an der Meßeinheit 3 vertauschbar sind.In operation, the sensor head 1 is arranged at the lowest possible point in the liquid volume 22 , so that it emits a usable electrical signal over all possible fill levels of the cistern 20 . The liquid pressure on the membrane 6 , which is directly proportional to the fill level of the tank 20 , changes the resistance 7 . From the resistor 7 and the reference resistor 8 , a Whitstone bridge is formed in the circuit 2 , more precisely in the electronics block 13 , which enables a very precise determination of the electrical resistance in the component 7 while compensating for the line resistances. The electronics module 13 converts on its output side 14 the measured signal into a current value dependent on the amount of the resistor 7 . In this case, the voltage coming from the measuring unit 3 , which is connected to the line 15 , is used both as a measuring signal and as a power supply for the module 13 . The configuration as a current loop makes the evaluation in the measuring unit 3 independent of cable lengths, line resistances and contact resistances in this exemplary embodiment. Where possible, the circuit 2 is designed so that the two connections of the line 15 on the measuring unit 3 are interchangeable.

Zur Installation muß nun lediglich der Sensor 1 mit sei nem durch Vergußmasse unlösbar verbundenen Kabel 9 in dem Flüssigkeitsvolumen 22 der Zisterne 20 angeordnet werden. Die Schaltung 2 wird im Dombereich 23 der Zisterne 20 be festigt. Die Installation kann insoweit bereits beim Her steller der Zisterne 20 erfolgen. Das Kabel 15 wird von der Schaltung 2 zu der Meßeinheit 3 gelegt und dort ange schlossen, wobei bereits erwähnt wurde, daß hierfür nur wenige oder nur eine Anschlußmöglichkeit besteht. Die Ge fahr, daß die Anschlüsse des Kabels 15 an der Meßeinheit 3 vertauscht werden, ist minimiert. Die Meßeinheit 3 kann beispielsweise in dem Steuergerät eines Motorpumpenaggre gats realisiert sein, wo zum einen die zulässige Entnah memenge so gesteuert wird, daß das Motorpumpenaggregat das Flüssigkeitsvolumen 22 nicht vollständig entleert. Zum anderen wird ein Ventil für eine Trinkwassereinspei sung ebenfalls über die Meßeinheit 3 angesteuert, falls ein über den Vorrat im Flüssigkeitsvolumen 22 hinausge hender Wasserbedarf entsteht. Auf diese Weise ist sicher gestellt, daß alle an die Regenwassernutzungsanlage ange schlossenen Verbraucher stets mit Wasser versorgt werden und andererseits das Motorpumpenaggregat oder die Zister ne 20 nicht trockenfallen.To install, the sensor 1 must now be arranged with its cable 9 inseparably connected by potting compound in the liquid volume 22 of the cistern 20 . The circuit 2 is fastened in the cathedral area 23 of the cistern 20 be. In this respect, the installation can already take place at the manufacturer of the tank 20 . The cable 15 is placed by the circuit 2 to the measuring unit 3 and connected there, it having already been mentioned that there are only a few or only one connection option for this. The Ge driving that the connections of the cable 15 to the measuring unit 3 are interchanged is minimized. The measuring unit 3 can be implemented, for example, in the control unit of a motor pump assembly, where, on the one hand, the permissible removal amount is controlled so that the motor pump assembly does not completely empty the liquid volume 22 . On the other hand, a valve for a Trinkwassereinspei solution is also controlled via the measuring unit 3 , if there is a water requirement beyond the supply in the liquid volume 22 . In this way it is ensured that all consumers connected to the rainwater harvesting system are always supplied with water and on the other hand the motor pump unit or the Cister ne 20 does not fall dry.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die Erfindung anhand eines widerstandsbasierten Füllstandssensors für Regenwassernutzungsanlagen beschrieben. Es sind jedoch auch zahlreiche andere Konfigurationen denkbar, wobei der Vorteil der vorliegenden Erfindung immer dann zum tragen kommt, wenn ein an sich mit mehr als zwei Adern anzu schließender Sensorkopf 1 mittels der Schaltung 2 in ei nen zweiadrigen Anschluß umgesetzt wird.In the present exemplary embodiment, the invention was described on the basis of a resistance-based fill level sensor for rainwater utilization systems. However, numerous other configurations are also conceivable, and the advantage of the present invention always comes into play when a sensor head 1 which is to be connected with more than two wires is implemented by means of the circuit 2 in a two-wire connection.

Claims

1. Level sensor for liquid storage, in particular for rainwater cisterns, with a sensor head ( 1 ) based on a pressure measurement and with a measuring unit ( 3 ) arranged remotely from the liquid storage ( 20 ), characterized in that between the sensor head ( 1 ) and the measuring unit ( 3 ) is provided with an electrical circuit ( 2 ), the input ( 12 ) of which is connected to the sensor head ( 1 ) with more than two wires and the output ( 14 ) of which is connected to the measuring unit ( 3 ) with two wires.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the output ( 14 ) with the measuring unit ( 3 ) forms a current loop, the current strength of which is a measure of the pressure on the sensor head ( 1 ).

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the wires of the output ( 14 ) on the measuring unit ( 3 ) can be connected interchangeably.

4. Sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor head ( 1 ) contains at least two resistors ( 7 , 8 ) egg ner resistance bridge circuit.

5. Sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the circuit ( 2 ) is assigned to the liquid reservoir ( 20 ), in particular within the liquid reservoir ( 20 ).

6. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor head ( 1 ), the more than two-wire cable ( 9 ), the circuit ( 2 ) and the two-wire cable ( 15 ) are connected to one another in such a way that they do not zer are easily separable from each other.

7. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid ( 22 ) not acted upon interior space of the sensor head ( 1 ) is in communication with the atmospheric air pressure.

8. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the more than two-core cable ( 9 ) has a dimensioned length such that the circuit ( 2 ) is to be arranged in the empty volume in a liquid reservoir ( 20 ) with a storage volume and an empty volume , in particular the cable ( 9 ) has a length of more than 1.5 m, preferably more than 2.0 m.