DE2039200A1 - Indicator for displaying the status of a liquid - Google Patents
Indicator for displaying the status of a liquidInfo
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Description
Dip!. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. SchmilzDip !. Ing.H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmilz
8Mandwn15,Mot«rfftr.23 TaI. SMNM8Mandwn15, Mot «rfftr.23 TaI. SMNM
The Bendix Corporation
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Bendix Center 6. August 1970Bendix Center August 6, 1970
SouthfJeId3MiCh. 48O75»USA Anwaltsakte M-1273 SouthfJeId 3 MiCh. 48O75 »USA Attorney File M-1273
Anzeigegerät zum Anzeigen des Zustandes einer FlüssigkeitDisplay device for displaying the condition of a liquid
Es gibt viele Anzeigegeräte, die verschiedene Zustände einer Flüssigkeit, beispielsweise die Dichte, der Flüssigkeitsstand in einem Kessel usw., anzeigen. Diese Anzeigegeräte arbeiten im allgemeinen mit den physikalischen Eigenschaften· der Flüssigkeit und erfordern entweder langwierige Versuche oder teure Einrichtungen.There are many display devices that show the various states of a liquid, for example, show the density, the liquid level in a boiler, etc. These display devices work in general with the physical properties of the liquid and require either lengthy trials or expensive facilities.
Durch die Erfindung soll daher ein konstruktiv wenig aufwendiges Anzeigegerät geschaffen werden, das einfach im Gebrauch ist. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. Vor-The invention is therefore intended to be structurally less complex Display device can be created that is easy to use. This is achieved by the features specified in claim 1. Before-
en
teilahfte Ausgestaltung/der Erfindung sind in den Unteransprüchen !en
Partial embodiment / of the invention are in the subclaims!
angegeben. , specified. ,
Das erflndungsgemäße Anzeigegerät, zeichnet sich durch besonders hohe Genaüifiöcelt und Empfindlichkeit aus*The display device according to the invention is particularly characterized by high accuracy and sensitivity from *
Anhand der Sfeichnungen werden zwei Aifsführungsformen der Er-On the basis of the drawings, two forms of implementation of the
■■-■; ■ V ■■■■■.-■ ..·. ' ' ' '· ' ' ■" ■■ - ■; ■ V ■■■■■ .- ■ .. ·. '''' · '' ■ "
■ -2-■ -2-
- 2 findung näher erläutert. Es zeigen:- 2 finding explained in more detail. Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Anzeigegerät zum Anzeigen der Dichte einer Flüssigkeit darstellt,Fig. 1 shows a cross section through a first embodiment of the invention, which is a display device for displaying the density of a liquid,
I Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linien 2-2 in Fig. 1, |Fig. 2 is a cross-section along lines 2-2 in Fig. 1, |
Fig. 3 ein Detail des in Fig. 1 gezeigten Anzeigegeräts in vergrößertem Maßstab,3 shows a detail of the display device shown in FIG. 1 on an enlarged scale Scale,
Fign, 4, den Fign. 1, 2, 3 entsprechende Ansichten eines zweiten 5, 6FIGS. 4, FIGS. 1, 2, 3 corresponding views of a second 5, 6
Ausführungsbeispiels, das ein Anzeigegerät zum Anzeigen des Flüssigkeitsstandes darstellt.Embodiment that a display device for displaying represents the liquid level.
Das in den Fign. 1, 2, 3 gezeigte Anzeigegerät 101 zum Anzeigen der Dichte einer Flüssigkeit besteht im wesentlichen aus einem eine !That in FIGS. 1, 2, 3 shown display device 101 for displaying the Density of a liquid essentially consists of a one!
Flüssigkeit 14 enthaltenden Kessel 12, einem koaxialen Wellenleiter* 16, einem Kurzschlußelement 18, einer Mikrowellen-Energiequelle 20 und einem Detektor 22. Die Flüssigkeit 14 muß eine Flüssigkeit seift, deren Dichte eine eindeutige Funktion der relativen Dielektrizi- j tätskonstanten ist und die nicht entzündbar oder brennbar ist, wenifi sie der Mikrowellen-Energiequelle 20 ausgesetzt ist. Die Mikrowel-j len-Energiequelle 20 kann von beliebiger Bauart sein und beispielsweise elektromagnetische Wellen mit einem tfellenlängenbereich, 4er Liquid 14 containing vessel 12, a coaxial waveguide * 16, a short circuit element 18, a microwave energy source 20 and a detector 22. The liquid 14 must soap a liquid whose density is a clear function of the relative dielectric constant and which is non-flammable or combustible when exposed to microwave energy source 20. The microwave energy source 20 can be of any type and, for example, electromagnetic waves with a wavelength range of four
alsas
sich von weniger als einem Millimeter bis mehr/30 000 Meter erstreckt, ausstrahlen.extends from less than a millimeter to more than / 30,000 meters, radiate.
Der Wellenleiter 16 weist einen Einsatz 24 auf, der ein vertikalThe waveguide 16 has an insert 24 which is a vertical
10 9 8 11/17 7 8 ->10 9 8 11/17 7 8 ->
verlaufendes Außenrohr 26 des Wellenleiters 16 trägt. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, trägt das Außenrohr 26 mittels eines dielek> trischen Tragkörpers 30 ein zu ihm koaxial verlaufendes Innenrohr ;extending outer tube 26 of the waveguide 16 carries. How best As can be seen from Fig. 2, the outer tube 26 carries by means of a dielectric> tric support body 30 an inner tube extending coaxially to it;
28. · ;28. ·;
Das Kurzschlußelement 18, das etwa scheibenförmig ausgebildet ist, ! ist an demjenigen Ende des Wellenleiters, das in die FlüssigkeitThe short-circuit element 18, which is approximately disk-shaped ,! is at that end of the waveguide that goes into the liquid
14 eingetaucht ist, befestigt und baulich und efeketrisch sowohl mitj dem Außenrohr 26 als auch mit dem Innenrohr 28 verbunden, um auf diese Weise einen Hochfrequenz-Kurzschluß zwischen den beiden j14 is immersed, attached and structurally and efeketrisch both mitj the outer tube 26 as well as the inner tube 28 connected to in this way a high-frequency short circuit between the two j
Rohren zu erzeugen. Das Außenrohr 26 ist außerdem mit axial verlau-To produce pipes. The outer tube 26 is also axially extending
Ifenden öffnungen 32 versehen, die den Eintritt von Flüssigkeit 14 in das Innere des Wellenleiters l6 ermöglichen.Ifenden openings 32 are provided, which allow the entry of liquid 14 allow into the interior of the waveguide l6.
Am anderen Ende des Wellenleiters 16 ist die Mikrowellen-Energiequelle 20 angebracht, die derart angeordnet ist, daß sie elektromai; netische Wellen in den Wellenleiter 16 ausstrahlt. Die Mikrowellenenergie wandert durch das Medium, das sich oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche befindet (beispielsweise Luft), in die Flüssigkeit 14, vorbei an dem Detektor 22 und durch weitere Flüssigkeit 14, bis sie das Kurzschlußelement 18 erreicht, wo die Mikrowellenenergie durch den Hochfrequenz-Kurzschluß zwischen den beiden Rohren 28 jAt the other end of the waveguide 16 is the microwave energy source 20 attached, which is arranged so that they elektromai; emits netic waves in the waveguide 16. The microwave energy travels through the medium, which is above the surface of the liquid located (for example air), into the liquid 14, past the detector 22 and through further liquid 14, to it reaches the short-circuit element 18, where the microwave energy through the high-frequency short circuit between the two tubes 28 j
und 26 aufgehalten wird. Es wird dann eine stehende Welle 34 (wie jand 26 is stopped. A standing wave 34 (like j
I in Fig. 3 schema tisch dargestellt) erzeugt, die Spannungsamplitudeii· maxima 36 und -minima 38 (Knoten) an axial hintereinanderllegenden j Stellen des Wellenleiters 16 aufweist. Der Abstand zwischen benach-f barten Knoten wird durch die Frequenz der Mikrowellenenergie und j die Eigenschaften der Flüssigkeit bestimmt. Der Ort der KnotenI shown schematically in Fig. 3), the voltage amplitude maxima 36 and minima 38 (nodes) at j axially one behind the other Having points of the waveguide 16. The distance between adjacent f barten knot is determined by the frequency of microwave energy and j determines the properties of the liquid. The location of the knot
109811/1778109811/1778
ί - 4 -ί - 4 -
hängt von der Tatsache ab, daß bei sämtlichen Frequenzen und bei jeder Flüssigkeit an dem Kurzschlußelement ein Knoten vorhanden sein muß.depends on the fact that there will be a node on the shorting element at all frequencies and for every liquid got to.
Der Detektor 22 besteht aus einem elektrischen Feldstärken-Sensor 42 und einer Anzeigeeinheit 44, die durch Leitungen 46 mit dem Feldstärken-Sensor 42 elektrisch verbunden ist. Der elektrische Feldstärken-Sensor 42 weist einen Fühler 48 auf und ist an dem Aussenrohr 26 des Wellenleiters 16 derart befestigt, daß der Fühler |48 durch eine öffnung 50 in das Innere des Wellenleiters l6 hineinragt (Fig. 5)· Wie am besten in Fig. 1 zu sehen, ist der elektrische Feldstärken-Sensor 42 mit seinem Fühler 48 derart angeordnet, daß er vollständig in die Flüssigkeit 14 eingetaucht ist. Es ist ferner wichtig, daß der Fühler 48 derart angeordnet ist, daß genau jan der Stelle des Fühlers 48 ein Knoten 58 der stehenden Welle 34 !vorhanden ist, wenn die Flüssigkeitsdichte einen ihrer Extremwerte annimmt.The detector 22 consists of an electric field strength sensor 42 and a display unit 44, which by lines 46 with the Field strength sensor 42 is electrically connected. The electric field strength sensor 42 has a sensor 48 and is on the outer tube 26 of the waveguide 16 is attached in such a way that the sensor | 48 protrudes through an opening 50 into the interior of the waveguide 16 (Fig. 5) As can best be seen in Fig. 1, the electric field strength sensor 42 with its probe 48 is arranged in such a way that that it is completely immersed in the liquid 14. It is also important that the probe 48 be positioned so that it is accurate j at the location of the feeler 48 a node 58 of the standing wave 34 ! is present when the liquid density is one of its extreme values accepts.
Was die Betriebsweise des Anzeigegerätes 101 betrifft, sei angenommen, daß der Kessel (wie in Fig. 1 gezeigt) mit Flüssigkeit 14 gefüllt ist und die Mikrowellen-Energiequelle 20 erregt wird. Ein Knoten 38 der stehenden Welle 34 befindet sich genau an der Stelle des Fühlers 48, so daß der Zeiger 52 der Anzeigeeinheit 44 auf einenAs for the operation of the display device 101, assume that the kettle (as shown in Fig. 1) is filled with liquid 14 and the microwave energy source 20 is energized. A Node 38 of the standing wave 34 is exactly at that point of the sensor 48, so that the pointer 52 of the display unit 44 on a
vorgegebenen numerischen Wert der Flüssigkeitsdichte (Ziffer 10 in Fig.]) zeigt. Wenn sich die Dichte der Flüssigkeit 14 ändert, ändertspecified numerical value of the liquid density (digit 10 in Fig.]) Shows. When the density of the liquid 14 changes, it changes
sich die relative Dielektrizitätskonstante und somit der Abstandthe relative dielectric constant and thus the distance
i zwischen benachbarten Knoten. Da der Knoten an dem Kurzschlußele- :i between neighboring nodes. Since the node on the short circuit element:
ment seinen Ort nicht ändern kann, verschieben sich die Knoten 38 !ment cannot change its location, the nodes 38 shift!
109811/1778109811/1778
der stehenden Welle 34, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 3 an gedeutet ist.of the standing wave 34 as indicated by dashed lines in FIG is interpreted.
Die Verschiebung der Knoten hat zur Folge, daß der Fühler 48 und
somit der elektrische Feldstärken-Sensor 42 einer größeren elektric
sehen Feldstärke ausgesetzt sind, wodurch der Zeiger 52 nach links jThe displacement of the nodes has the consequence that the sensor 48 and
thus the electric field strength sensor 42 see a greater electric field strength are exposed, whereby the pointer 52 to the left j
ausschlägt und eine Änderung der Flüssigkeitedichte anzeigt. Diedeflects and indicates a change in fluid density. the
i Anzeigeeinheit 44, der elektrische Feldstärken-Sensor 42, der WeI-[ i display unit 44, the electric field strength sensor 42, the white [
lenleiter 16 und die Mikrowellen-Energiequelle 20 sind derart aus-' f| gelegt, daß der Zeiger 52 auf einem vorgegebenen numerischen Wert ; der Flüssigkeitsdichte (Ziffer 100 in Fig. 1) stehen bleibt, so ■Lenleiter 16 and the microwave energy source 20 are so designed set the pointer 52 to a predetermined numerical value; the liquid density (number 100 in Fig. 1) remains, so ■
• ■ - i• ■ - i
daß das Anzeigegerät 101 einen vorgegebenen Meßbereich hat. ! that the display device 101 has a predetermined measuring range. !
Das in den Fign. 4, 5, 6 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der
JErfindung ist ein Anzeigegerät zum Anzeigen der Flüssigkeitsmenge
bzw. des Flüssigkeitsstandes; dieses Anzeigegerät 102 entspricht im
wesentlichen dem oben beschriebenen Anzeigegerät 101, abgesehen voijiThat in FIGS. 4, 5, 6 illustrated second embodiment of the invention is a display device for displaying the amount of liquid
or the liquid level ; this display device 102 corresponds essentially to the display device 101 described above, except for voiji
i der Anordnung des Detektors 22, der sich zwischen der Mikrowellen- ', -Λ i the arrangement of the detector 22, which is located between the microwave ', -Λ
Energiequelle 20 und dem maximalen Flüssigkeitsstand befindet. Die'Energy source 20 and the maximum fluid level is located. The'
i gleichen Teile haben die gleiche Bezugszeichen, so daß eine erneuteThe same parts have the same reference numerals, so that a new
Beschreibung des Anzeigegerätes überflüssig ist. ;Description of the display device is superfluous. ;
Was die Betriebsweise des Anzeigegerätes 102 betrifft, sei angenommen,
daß der Kessel 12 mit Flüssigkeit 14 (wie in Fig. 4 gezeigt )gefüllt ist und die Mikrowellen-Energie 20 erregt wird.Ein
Knoten 38 der stehenden Welle 34 befindet sich neben dem Fühler
48, so daß der Zeiger 52 der Anzeigeeinheit 44 zum Buchstaben F
ausschlägt (was bedeutet, daß der Kessel voll ist). Wenn Flüssig-For the operation of the indicator 102, assume that the kettle 12 is filled with liquid 14 (as shown in FIG. 4) and the microwave energy 20 is energized
Node 38 of standing wave 34 is next to the feeler
48, so that the pointer 52 of the display unit 44 points to the letter F (which means that the kettle is full). When liquid
10 9 811/17 7 8 -6~10 9 811/17 7 8 - 6 ~
203920Q203920Q
keit 14 durch einen Auslaß (nicht gezeigt) aus dem Kessel 12 abgeführt wird, wird der Abstand zwischen der Mikrowellen-Energiequelle 20 und der Oberfläche der Flüssigkeit 14 größer, wodurch sich die Lastimpedanz des Wellenleiters 16 ändert, (wie in Fig. 1 gezeigt, ist der untere Flüssigkeitsstand durch gestrichelte Linien und die Abstandsänderung durch den Buchstaben A angedeutet.) Wenn sich die Lastimpedanz ändert, verschiebt sich der Knoten 38 der stehenden Welle 34 nach oben (gestrichelte Linien in Fig. 6). Diese Verschiebung des Knotens hat zur Folge, daß der Fühler 48 und der elektrische Feldstärken-Sensor 42 einer geringeren elektrischen Feldstärke ausgesetzt sind, wodurch der Zeiger 50 m ch links bewegt wird, der somit einen niedrigeren Flüssigkeitsstand anzeigt. Die Anzeigeeinheit 44, der elektrische Feldstärken-Sensor 42, der Wellenleiter 16 und die Mikrowellen-Energiequelle 20 sind derart ausgelegt, daß der Zeiger 50 auf dem Buchstaben E der Anzeigeeinheit 44 stehen bleibt, wenn keine cder nahezu keine Flüssigkeit 14 mehr im Kessel 12 enthalten ist.Speed 14 is discharged from the vessel 12 through an outlet (not shown), the distance between the microwave energy source becomes 20 and the surface of the liquid 14 larger, whereby the Load impedance of waveguide 16 changes, (as shown in Fig. 1, the lower liquid level is indicated by dashed lines and the change in distance by the letter A.) If the Load impedance changes, the node 38 shifts the standing Shaft 34 upwards (dashed lines in Fig. 6). This shift of the node has the consequence that the sensor 48 and the electrical field strength sensor 42 have a lower electrical field strength are exposed, causing the pointer to move 50 m ch to the left which thus indicates a lower fluid level. The display unit 44, the electric field strength sensor 42, the waveguide 16 and the microwave energy source 20 are designed such that the pointer 50 on the letter E of the display unit 44 stops when there is almost no liquid 14 left is contained in the boiler 12.
-7--7-
10 9 8 11/17 7 810 9 8 11/17 7 8
Claims (6)
Executive Offices ι.,. ■ i\ The Bendix Corporation smü, * · »«: * »'! * 1 ©« ·· *
Executive Offices ι.,. ■ i \
einem die Flüssigkeit enthaltenden Kessel, gekennzeichnet durch
einen Wellenleiter (16), der an dem Kessel (12) derart befestigt! ist, daß eines seiner Enden in die Flüssigkeit eintaucht, ein
.scheibenförmiges, leitendes KurzSchlußelement (l8), das an dem
eingetauchten Ende des Wellenleiters befestigt ist, eine Mikrowellen-Energiequelle (20), die von dem anderen Ende des Wellenleiters Mikrowellenenergie ausstrahlt, um im Wellenleiter eine I stehende Welle (34) mit einem Knoten (38), der sich bei finde- ;L. Indicator sum indicating the condition of a liquid with
a vessel containing the liquid, characterized by
a waveguide (16) attached to the boiler (12) in this way! is that one of its ends is immersed in the liquid, a
.Disk-shaped, conductive short-circuit element (l8), which is attached to the
attached to the submerged end of the waveguide, a microwave energy source (20) which radiates microwave energy from the other end of the waveguide to create a standing wave (34) in the waveguide having a node (38) located at-;
eine an dem Detektor angeschlossene Anzeigeeinheit (44), die auf! j den Detektor anspricht, wenn der Detektor bei einer Verschiebung: des Wellenknotens auf die stehende Welle anspricht, so daß die : Anzeigeeinheit die Größe der Zustandsänderung der im Kessel | enthaltenden Flüssigkeit anzeigt. ij detector (22) which has an electric field strength sensor (42) protruding into the waveguide at the node, and
a display unit (44) connected to the detector and displaying! j responds to the detector when the detector responds to the standing wave in the event of a displacement: of the wave node, so that the: display unit shows the size of the change in state of the | containing liquid. i
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