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Meßwandler, insbesondere für Flüssigkeits-Füllstandsmeßsysteme mit
Fernanzeige Die Erfindung betrifft einen Meßwandler, insbesondere Flüseigkeits-Füllstandsmeßaysteme
mit Foraanzeige, zum Umwandela eines Differenzdruckes in ein elektrische Größe.
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Bekannte Meßwandler für Flüssigkeits-Füllstandsmeßsysteme bestehen
beispielsweise aus einem oben und unten offenen, koaxialen Doppelrohr, dessen beide
Rohrteile gegeneinander
isoliert sind. Zur Messung verwendet wird
die Kapazität zwischen den beiden Rohren, die davon abhängt, ob zwischen den Rohren
Luft oder Flüssigkeit das Dielektrikum bildet. Die Kapazität dieser Anordnung ändert
sich in Abhängigkeit von der Höhe des Flüssigkeitsstandes. Derartige Meßwandler
haben Jedoch, abgesehen davon, daß solche Messungen wegen des geringen Kapazitätawertes
nicht im ausgesprochen niederfrequenten Bereich durchgeführt werden können, den
Nachteil, daß beim Absinken des Flüssigkeitsstandes im oberen Bereich der Sonde
verbleibende Flüssigkeitsreste die Anzeige verfälßchen. Außerdem sind derartige
Systeme relativ teuer und störanfällig. Bekannt sind auch Meßsysteme, bei denen
die Füllhöhe durch einen Schwimmer erfaßt wird, dessen Höhe über einen Seilzug auf
ein Zeigerwerk übertragen wird. Es wäre dabei ohne weiteres möglich, statt des Zeigerwerkes
den Schleifer eines Potentiometers zu verstellen und den Potentiometerwert zu übertragen.
Es ist auch bekannt, den Füllstand pneumatisch zu messen, indem der Druck im Bereich
des Behälterbodens in einem mit Luft gefüllten Rohr gemessen wird Diese Meßsysteme
eignen sich aber für die Bernanzeige nicht so gut, da eine Schlauch- oder Rohrleitungbis
zu dem entfernten Anzeiger verlegt werden muß.
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Anstelle dieser bekannten Verfahren wäre es theoretis denkbar, im
Bereich des Behälterbodens einen bekannten Druckumsetzer anzuordnen, auf dessen
Druckglied auf einer Seite der statische Druck der Flüssigkeit wirkt wogegen die
andere Seite dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Derartige Geber sind in einer
Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Nachteilig wäre hierbei Jedoch,
daß
der Behälter in seinem Bodenbereich mit einer Öffnung versehen werden muß. Dabei
ist die Möglichkeit nie auszuschließen, daß an diesen Stellen ein Leck entsteht.
Dadurch wird die Sicherheit gegen Ausfließen des Lagergutes so stark reduziert,
daß diese Methode praktisch ausscheidet. Insbesondere bei der Lagerung von Mineralölen
wird Wert auf höchstmögliche Sicherheit gegen Ausfließen des Lagergutes gelegt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Meßwandler zu schaffen,
der die Nachteile der bekannten Wandler hinsichtlich Aufwandes oder Einbaumöglichkeiten
überwindet und der einen elektrischen Wert abgibt, der sich zur Fernanzeige eignet.
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Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Meßwandler
als in die Flüssigkeit versenkbare Sonde ausgebildet ist, die ein von dem Flüssigkeitsdruck
auf einer Seite beaufachlagtes bewegbares Glied aufweist, wogegen die andere Seite
des bewegbaren Gliedes mit einem Raum verbunden ist, in dem der oberhalb der Flüssigkeit
bestehende Druck herrscht und an das bewegbare Glied ein Umsetzer angeschlossen
ist, der ein von der Position des Gliedes abhängiges elektrisches Signal abgibt.
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Ein Vorteil des Anmeldungsgegenstandes liegt darin, daß die unvermeidlichen
Kapazitäten zwischen Meßwandler und Behälter keine Rolle spielen und daß Fehlmessungen
durch Benetzen der Sonde nicht auftreten können.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Sonde durch
den
ohnedies vorhandenen Deckel oder Dom des Lagerbehälters oder eine entsprechende
deckelseitige Bohrung in den Behälter eingebracht werden kann0 Es ist also keine
Offnunxg im Bodenbereich des Behälters erforderlich, durch die die Sicherheit gegen
AusflieBen des Lagergutes beeinträchtigt werden könnte. Es ist die Verwendung beliebiger
Umsetzer in der Sonde möglich, die den mechanischen Weg des bewegbaren Gliedes in
ein elektrisches Signal umwandeln. Der verwendete Umsetzer muß lediglich auf den
Weg des bewegbaren Gliedes abgestimmt sein. Es sind außerhalb der Sonde keine und
in der Sonde nur ganz wenige bewegliche Teile vorhanden, wodurch die Stör- und Verschleißanfälligkeit
besonders gering gehalten werden kann.
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Die Sonde kann beispielsweise an das Ende eines Rohres dicht angeschlossen
sein, das als Sondenträger und zur Zuleitung des oberhalb der Flüssigkeit herrschenden
Druckes dient0 Bei derartigen Rohren ergeben sich jedoch häufig bei der Montage
Schwierigkeiten; wenn nämlich der Behälter bis nahe an die Decke des den Behälter
beherbergenden Raumes reicht ist es im allgemeinen nicht möglich, ein nicht biegbares
Rohr ohne Abknicken in den Tank einzuführen0 Bei bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung ist daher zum Zuführen des oberhalb der Flüssigkeit herrschenden Druckes
ein Schlauch verwendet. Für die üblichen Füllhöhen von bis zu etwa 3 m und die üblichen
Flüssigkeiten mit einem Artgewicht, das nicht zu weit von 1 abweicht, können handelsübliche
dünne gegen chemische Angriffe der Flüssigkeit beständige Schläuche verwendet werden,
ohne
daß die Gefahr besteht, daß der Schlauch zu sehr zusammengedrückt wird und dadurch
die Druckverbindung unterbrochen ist. Selbst bei sehr dünnwandigen Schläuchen, die
im Bodenbereich des Behälters durch den dort herrschenden statischen Druck verformt
und zusammengedrückt werden, ist dennoch noch eine Druckverbindung zwischen Sonde
und Flüssigkeitsoberfläche gegeben, da der Schlauch die Form einer 8 annimmt und
in den beiden Schlingen der 8 stets eine in Längsrichtung des Schlauches durchgehende
Verbindung offen bleibt. Da der Durchsatz durch diese Verbindungen praktisch Null
ist genügen auch geringste Querschnitte, um der der Flüssigkeit abgewandten Seite
des bewegbaren Gliedes den an der Oberfläche herrschenden Druck zuzuführen.
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Als mechanischer Sondenträger kann bei Verwendung eines Schlauches
beispielsweise eine Kette oder ein mehrgliedriger Stab verwendet sein. Bei bevorzugten
Ausführungsformen der Erfindung dagegen dient der Schlauch sowohl als mechanischer
Sondenträger als auch als Schutzhülle für die elektrischen Leitungen des Umsetzers.
Der besondere Vorteil ist hierbei, daß ein zusätzlicher mechanischer Sondenträger
eingespart wird, daß die elektrischen Leitungen gegenüber der Flüssigkeit geschützt
sind und daß darüber hinaus die elektrischen Leitungen in dem Schlauch ein Zusammendrücken
des Schlauches durch den äußeren ueberdruck der Blüssigkeit im bodennahen Bereich
verhindern, da die elektrischen Leitungen ein Stützgerüst für die Schlauchwand bilden,
das seinerseits wieder gasdurchlässig ist, so daß die Druckverbindung
zwischen
Sonde und dem Raum oberhalb der Flüssigkeit auch dann gewährleistet ist, wenn der
statische Flüssigkeitsdruck stark die elektrischen Leitungen preßt.
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Die Festigkeit von Schlauch einschließlich der von dem Schlauch umschlossenen
elektrischen Leitungen reicht zum mechanischen Halten der Sonde auch dann stets
aus, wenn die Sonde in mobilen Tanks, wie beispielsweise Tank- und Kesselwagen eingesetzt
ist. Auch die Länge des Schlauches ist völlig unkritisch, da bei zu langem Schlauch
sich die Sonde auf den Boden des Behälters legt. Es kann dadurch vermieden werden,
daß der Schlauch zum Anpassen an unterschiedliche Behälterhöhen abgeschnitten werden
muß. Bei einem derartigen Abschneiden bei der Montage sind Beschädigungen des Schlauches
und der elektrischen Leitungen nicht ausgeschlossen und es ist auch nicht gewährleistet,
daß der Anschluß in völlig einwandfreier Weise durchgeführtwird. Bei in der Fabrik
vorgenommener Eonfektionierungkann das einwandfreie Herstellen des Anschlusses sichergestellt
werden.
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Als bewegliches Glied kann beispielsweise eine Membran verwendet sein,
wie sie zur Herstellung von Barometerdosen üblich sind. Derartige Membranen ergeben
allerdings nur sehr kurze Wege und sind nicht rückstellkraftSrei.
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Die von der Membran erzeugte Rückstellkraft ist nur über sehr kleine
Ausschläge hinweg linear. Bei einer bevQrsugtenAusführungsfprm der Erfindung ist
daher das bewegliche Glied rückstellkraftfrei und es ist eine gesonderte Rückstellfeder
vorgesehen. Der besondere Vorteil liegt hierbei darin1 daß auch größere Veratellwege
verwirklicht werden können. Pabei ist es möglich,
den Zusammenhang
zwischen äußerem, auf das bewegliche Glied wirkenden ueberdruck und vom beweglichen
Glied entgegen der Rückstellkraft zurückgelegtem Weg einen beliebigen Verlauf zu
geben. Beispielsweise kann die Kennlinie so gekrümmt sein, daß bei nahezu leerem
Behälter und/oder bei nahezu vollem Behälter die Skala des Anzeigegerätes gedehnt
ist, wodurch sowohl beim Entleeren des Behälters als auch beim Befüllen des Behälters
in dem besonders wichtigen Bereich eine erhöhte Meß- und anzeigegenauigkeit erzielt
wird. Dabei kann die Kennlinie gekrumstverlaufen oder aus mehreren geradlinigen
Abschnitten mit unterschiedlicher Steigung zusammengesetzt sein. Die Verwirklichung
solcher Kennlinien ist möglich durch entsprechende Ausbildung der Rückstellfeder.
Die Rückstellfeder kann progressiv oder degressiv federnd ausgebildet sein; es ist
auch möglich, mehrere Federn unterschiedlich zur Wirkung kommen zu lassen durch
entsprechende Anordnung von Anschlägen und entsprechende Wahl der Bederlänge. Beispielsweise
kann das verstellbare Glied zunächst nur an einer schwachen und dann an einer stärkeren
Rückstellfeder anliegen.
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Als bewegliches Glied kann beispielsweise ein leicht verschiebbarer
Kolben vorgesehen sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
eine Rollmembran als bewegliches Glied vorgesehen. Derartige Rollmembranen sind
in mineralölbeständiger Ausführung im Handel. Sie haben den besonderen Vorteil,
daß sie einen erheblichen Weg nahezu rückstellkraftfrei aufzunehmen vermögen. Die
aktive Fläche, die den auf der
Rollmembran lastenden Flüssigkeitsüberdruckin
eine Kraft umsetzt, kann ohne Schwierigkeiten ziemlich groß gehalten werden, wodurch
große Verstellkräfte zur Verfügung stehen. Dadurch kann der Meßwandler sehr robust,
preiswert und betriebssicher hergestellt werden.
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Als Umsetzer der die Position des bewegbaren Gliedes in einen elektrischen
Wert umsetzt, kann im einfachsten Fall ein Potentiometer, vorwiegend ein Linearpotentiometer
verwendet sein. Es sind zuverlässige, unter schwierigsten Umgebungsbedingungen einsetzbare
Stabpotentiouieter mit hoher Linearität und Auflösung bekannt. ner besondere Vorteil
bei der Verwendung eines Potentiometers liegt darin, daß derartige Potentiometer
relativ preiswert in allen erforderlichen elektrischen und mechanischen Abmessungen
auf dem Markt sind und daß der elektrische Strom oder die elektrische Spannung,
die das Potentiometer als Meßwert abgibt, so groß sind, daß eine bequeme Weiterverarbeitung
ohne jegliche Verstärker und dergleichen möglich ist. Außerdem gestatten Potentiometer
die Verwendung von Gleich- und von Wechselstrom, insbesondere auch von Netzwechselstrom.
Dabei kann die Speisespannung durch einen einfachen Transformator auf den gewünschten
Wert transformiert werden.
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Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist jedoch
ein berührungsfreier Umsetzer vorgesehen.
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Der besondere Vorteil liegt dabei darin, daß der Umsetzer keine reibungsbedingte
Hysterese aufweist. Es wird dadurch die Ansprechempfindlichkeit und die Genauigkeit
des Meßwandlers erhöht. Beispielsweise kann ein solcher berührungsfreier Umsetzer
aus einer Lichtquelle, einer durch
das bewegbare Glied verschiebbaren
Blende und einem lichtempfindlichen Element bestehen. Das bewegbare Glied verschiebt
Je nach dem von außen einwirkenden Druck die Blende verschieden weit und läßt dadurch
eine unterschiedlich große Lichtmenge auf das lichtempfindliche Element fallen.
Statt einer Blende kann beispielsweise auch ein über seine Länge unterschiedlich
lichtdurchlässiger Stab verwendet sein, dessen Lichtdurchlässigkeit gleichmäßig
oder in beliebiger gewünschter Abhängigkeit entlang seiner Länge zu- oder abnimmt.
Um Schwankungen der erzeugten Lichtmenge auszugleichen, kann eine Differenzschaltung
von zwei lichtempfindlichen Elementen vorgesehen sein, von denen eines als Meßelement
verwendet ist1 wogegen das andere als Referenzelement unmittelbar auf die erzeugte
Lichtmenge anspricht.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist als Umsetzer ein
Induktivgeber- insbesondere ein Differentialtransformator verwendet. Derartige Differentialtransformatoren
weisen eine hohe Auflösung bei relativ einfachem Aufbau auf. Sie lassen sich sehr
klein und vor allem sehr robust herstellen. Die mit derartigen Umsetzern erzielbare
Linearität genügt den Ansprüchen an ein Füllhöhenmeßsystem. Zur Speisung dient ein
Wechselstrom: Es kann auch ein 50-Hz-Wechaelstrom oder ein aus der Netzfrequenz
abgeleiteter Wechselstrom mit 100 Hz verwendet werden. Ebenso ist es möglich, mit
einer einfachen Oszillatoranordnung höhere Frequenzen zu erzeugen und für die Speisung
zu verwenden. Da in dem erfindungsgemäßen Meßwandler keine schnellen Meßwertschwankungen
auftreten,
genügt eine Speisung mit 5O-Hz-Stromallen Ansprüchen. Es wird dadurch die Stromversorgung
besonders einfach und wenig aufwendig.
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Bei einer anderen Ausführungsformder Erfindung ist als Umsetzer ein
Feldplattenumsetzer verwendet. Es sind dabei ihren elektrischen Widerstand unter
der Wirkung eines Magnetfeldes verändernde Bauelemente vorgesehen. Der Magnet wird
von dem bewegbaren Glied relativ zu den Feldplatten mitbewegt. Die elektrische Widerstands-,
Strom- oder Spannungsänderung an den Feldplatten wird als Meßwert weiterverarbeitet.
Durch entsprechende Ausbildung des magnetischen Kreises kann die Kennlinie in weiten
Grenzen den gewünschten Bedingungen angepaßt werden.
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Es ist möglich, den erfindungsgemäßen Meßwandler so auszubilden, daß
er einen Querschnitt aufweist, dessen umschriebener Kreis einen Durchmesser von
nicht mehr als 28 mm einnimmt, ohne daß dadurch die Robustheit und preiswerte Herstellbarkeit
des Meßwandlers beeinträchtigt ist. Das Einhalten dieses Durchmessers für den umbeschriebenen
Kreis hat den Vorteil, daß durch die bei üblichen Lagertanks vorgesehenen 111-Anschlußstutzen
der Meßwandler in den Behälter eingeführt werden kann.
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Bevorzugt ist der Meßwandler von einem aus korrosionsbeständigem Material
bestehenden Gehäuse umgeben. Es können hierfür Metalle, wie Messing, Aluminium,
rostfreier Stahl oder auch Kunststoff verwendet sein. Bei bevorzugten Ausführungsformender
Erfindung ist das Meßwandlergehäuse zum leichteren Demontieren unterteilt und an
der Trennstelle
mit einer drucksicheren Abdichtung versehen.
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Die Erfindung betrifft nicht nur einen Meßwandler, sie betrifft auch
ein Füilstandsanzeigesystem zum Messen von Flüssigkeitshöhen. Dieses System ist
dadurch gekennzeichnet, daß es einen erfindungsgemäßen Meßwandler und ein Anzeigegerät
mit eingebauter Stromversorgung für den Umsetzer umfaßt, Vorteilhaft ist dabei,
daß für die Stromversorgung kein eigenes Gerät mit Gehäuse erforderlich ist, sondern
daß die Stromversorgung im Anzeigegerät untergebracht ist. Dadurch kann gleichzeitig
noch ohne zusätzlichen Anschluß das Anzeige gerät mit einer Beleuchtung für die
Skala versehen werden. Die Verkabelung ist denkbar einfach:Es wird lediglich das
aus dem Tank kommende Kabel, das die elektrischen zum Umsetzer führenden Leitungen
enthält, zum Anzeigegerät geführt und dort angeschlossen. Dem Anzeigegerät wird
elektrische Energie über ein Netzkabel zugeführt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Systems, das insbesondere
zum Messen der Füllhöhe in Heizölbehältern dient, ist der den Meßwandler tragende
Schlauch an einem Mehrfachschraubstutzen befestigt, der in einen Lagerbehälteratutzen
einschraubbar ist und der zwei weitere Durchführungsöffnungen für die Vorlauf- und
die Rücklaufleitung zum Brenner aufweist. Der besondere Vorteil dieses Systems liegt
darin, daß eine denkbar einfache Montage der gesamten Anordnung möglich ist: Es
genügt, die Sonde durch den Stutzen des Lagerbehälters einzuführen und bis zum Bodenbereich
des Lagerbehälters absinken zu lassen. Dann wird der Mehrfachschraubstutzen
eingeschraubt.
Vom Mehrfachschraubstutzen führt ein Kabel zum Anzeigegerät mit Stromversorgungsteil.
Dazu kann an dem Mehrfachschraubstutzen ein Steckanschluß mit einem elektrischen
Mehrfachstecker vorgesehen sein.
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Der Meßwandler mit Tragschlauch und Mehrfachschraubstutzen kann als
Einheit geliefert werden, an der auf der Baustelle keinerlei Manipulationen vorgenommen
werden müssen. Auch das Verbindungskabel vom Mehrfachschraubstutzen zum Anzeigegerät
kann in konfektionierten Längen geliefert werden, falls auch an dem hnzeigegerät
ein entsprechender Stecker vorgesehen ist. Es kann bei diesem System Jeder Ungelernteden
Einbau und das Anschließen vornehmen, ohne daß irgendwelche Fehler vorkommen können.
Die Steckverbindungen sind dabei in üblicher Weise unverwechselbar ausgebildet.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung
und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Aus fuhrungs formen
der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung
finden. Es zeigen: Fig. 1 ein Schemabild einer Füllstandsmeßanlage, Fig. 2 einen
Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Meßwandler mit eingebautem Differentialtransformator
und Gleichrichter,
Fig. 3 ein Prinzipschaltbild mit einem Meßwandler
mit Differentialtransformator, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Feldplattenumsetzersystemes,
Fig. 5 ein Prinzipschaltbild, nach dem das Feldplatten-System angeschlossen ist,
und Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung der Anordnung eines Potentiometers als
Umsetzer in einem erfindungsgemäßen Meßwandler.
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Ein Behälter 1 zum Lagern von Flüssigkeiten ist mit einem Dom 2 und
einem Domdeckel 3 versehen. Der Domdeckel 3 weist eine durchgehende Gewindebohrung
auf, in die ein Dreifach-Schraubstutzen 4 eingeschraubt ist, der zum Behälterinneren
hin einen hohlen Gewindebolzen aufweist, der in die Gewindebohrung des Domdeckels
eingeschraubt ist. Nach außen hin weist der Schraubstutzen 4 drei Anschlußstutzen
auf. Durch den einen dieser drei Anschlußstutzen ist eine nicht dargestellte Vorlaufleitung
geführt, durch die Flüssigkeit aus dem Behälter 1 entnommen werden kann. Durch den
anderen Stutzen ist eine Rücklaufleitung geführt, durch die zuviel geförderte Flüssigkeit
in den Behälter 1 zurückgeleitet wird Der dritte Anschlußstutzen ist mit einem von
außen zugänglichen Anschlußkopf 5 versehen, der als elektrische Klemm- oder Steckverbindung
aussebildet ist. Vom Anachlußkopf 5 führt eine elektrische vieradrige Leitung zu
einem im Behälterinneren im Bodenbereich befindlichen
Meßwandler
6. Die elektrische, zu dem Meßwandler 6 führende Leitung ist von einem Schlauch
7 umhüllt, der an einem stirnaeitigen Ende des die Gestalt eines Zylinders aufweisenden
Meßwandlers druck- und flüssigkeitsdicht befestigt ist. Die elektrische Leitung
füllt den hohlen Querschnitt des Schlauches 7 nicht aus, so daß an der elektrischen
Leitung vorbei Luft oder Gas zum Meßwandler oder von dem Meßwandler strömen kann.
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Das dem Meßwandler 6 abgewandte Ende des Schlauches 7 ist an dem Schraubstutzen
4 befestigt. Dabei endet der Schlauch 7 auf der innoren, mit dem Bohälterinnenraum
in Verbindung stehenden Bereich des Schraubstutzens 4.
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Der Schlauch 7 ist an dem Schraubstutzen 4 derart befestigt, daß er
erhebliche Kräfte auf zunehmen vermag.
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Durch den Schlauch, 7 hindurch ist der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
befindliche Behälterinnenraum mit dem Meßwandler 6 verbunden. Es ist also möglich,
den Behälterinnenraum von der äußeren Atmosphäre völlig abzutrennen; es genügt dazu,
den Schraubstutzen 4 dicht einzuschrauben und die Durchführungen dicht auszuführen0
Das hat den Vorteil, daß beispielsweise auf den Unterdruck oder den Vberdruck im
Behälter 1 ansprechende Leckwarnsysteme von dem erfindungagemäßen Meßsystem unbeeinflußt
verwendet werden können. Von dem Bnschlußkqpf 5 führt eine mehradrige elektrische
Leitung 8 zu einem Anzeigegerät 9. Ein Zeiger 10 zeigt auf einer Skala 11 die Höhe
d9 s des Flüssigkeitsstandes im Behälter 1 an.Von dem Anzeigegerät 9 führt eine
elektrische Leitung 12 zu einem nicht dargestellten Netmanachluß.
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Der Meßwandler ist in einem zylinderförmigen Gehäuse untergebracht,
das einen Hohlzylindqr 13 und einen
Hohlzylinder 14 mit Schraubstutzen
15 umfaßt, der auf der einen Stirnseite des Hohlzylinders 14 zentral angeordnet
ist. Die einander zugekehrten Stirnseiten der Hohlzylinder 13 und 14 sind offen.
Die freie Stirnseite des Hohlzylinders 13 ist nach innen eingezogen und begrenzt
eine zentrale Bohrung 16. Der Hohl zylinder 14 weist an dem dem Schraubstutzen 15
abgewandten Ende eine äußere Schulter auf, die mit einer inneren Eindrehung versehen
ist, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Hohlzylinders
13. Der Hohlzylinder 13 ist in diese Eindrehung eingesteckt und durch ein Dichtungoband
oder eine Dichtungomasse 17 abgedichtet befestigt.
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Ein Flanschstutzen 18 ist von innen her mit seinem Stutzen durch die
stirnseitige Bohrung 16 des Hohlzylinders 13 durchgesteckt. Der Rohrstutzenabschnitt
ist mit einem Außengewinde versehen, auf das von außen her eine Mutter 19 aufgeschraubt
ist. Der Flansch des Flanschstutzens 18 ist in seinem äußeren, der Stirnwand des
Hohlzylinders 13 zugewandten Bereich mit einer abgerundeten, ringsumlauf enden Vertiefung
20 versehen. Die Vertiefung 20 kommt beim Anziehen der Mutter 19 an einem O-Ring
21 zur Anlage, den sie in die abgerundete, durch die Stirnwand und die Zylinderwand
des Hohlzylinders 13 gebildete Ecke preßt. Der Flanschstutzen 18 ist mit einer axial
durchgehenden Bohrung versehen. Der O-Ring 21 ist Teil einer gummielastischen Rollmembran
22, die topfförmig ausgebildet ist, und, abgesehen von dem O-Ring 21, eine gleichmäßig
dünne Wandstärke aufweist. Der Bodenbereich der Rollmembran 22, die den Innenraum
des Meßwandlers 6
flüssigkeitsdicht abschließt, liegt mit ihrer
dem Inneren des Meßwandlers zugekehrten Oberfläche an der Außenfläche eines Napfes
23 ane Der Hohlraum des Napfes 23, der koaxial zu den Hohlzylindern 13 und q4 angeordnet
ist, ist dem Inneren des Meßwandlers zugekehrt. Sein Außendurchmesser ist um ein
Vielfaches der Wanddicke der Rollmembran 22 kleiner als der Innendurchmesser des
Hohlzylinders 13. Der Übergang der Seitenwand des Napfes 23 in den Boden 24 ist
stark abgerundet. Im lsapfinneren ist der Boden 24 mit einem zentralen Zylinderqbsatz
25 versehen, an den sich ein lIohlzylinderabsatz 26 anschließt. Der Zylinderabsatz
25 und der IIohlzylinderabsatz 26 sind zueinander und zum Napf 23 koaxial. Der Hohlzylinderabsatz
26 ist mit einer in seine freie Stirnseite zentral eindringenden Gewindebohrung
27 versehen, in die ein Bolzen 28 bis zum Anliegen seiner Schulter 29 an der Stirnseite
des Hohlzylinderabsatzes 26 eingeschraubt. Der Napf 23 besteht aus Kunststoff; der
Bolzen 28 besteht aus einem nicht magnetisierbaren Metall, beispielsweise aus Messing.
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In dem dem Hohl zylinder 14 zugekehrten Endbereich des Hohlzylinders
13 ist ein Flansch 30 mit Hilfe mindestens einer radial eingedrehten Schraube 31
befestigt. Dabei befindet sich der Schraubenkopf der Senkschraube 31 im Bereich
der Dichtungsmasse 17. Der Flansch 30, dessen Außendurchmesser gleich den untereinander
gleichen Innendurchmessern der beiden Hohlzylinder 13 und 14 ist, steht axial über
das Ende des Hohlzylinders 13 vor. Er bildet praktisch eine Zentrierung beim Zusammenstecken
der beiden Hohlzylinder 13 und 14. Der Flansch 30 ist mit
einer
zentralen Axialbohrung versehen, in die ein Gewindestopfen 32 eingedreht ist. Der
Gewinde stopfen 32 ist an seinem dem Napf 23 abgewandten Ende mit einem Schraubenzieherschlitz
33 versehen. Der Gewindestopfen 32 ist zentral axial durchbohrt. Die Axialbohrung
weist eine in ihren lichten Querschnitt vorspringende, axial kurze Schulter 3arc,
die als Lagerung für den Bolzen 28 dient, auf.
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Auf der dem Napf 23 zugewandten Seite ist der Flansch 30 mit einer
zentralen Ausdrohung 35 vorsehen, in die ein Federteller 36 eingesetzt ist. Der
Federteller 36 ist an seiner den Flansch 30 abgewandten Stirnseite mit einer hohlzylindrischen
Verlängerung 37 versehen, die an ihrem freien Ende eine nach innen vorspringende
Schulter 38 aufweist, die als zweites Lager für den Bolzen 28 dient.
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Eine relativ weiche Schraubendruckfeder 39, deren Innendurchmesser
geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Zylinderabsatzes 25, stützt
sich an ihren beiden Stirnseiten gegen den Napf 23 und gegen den Federteller 36
ab. Die Schraubendruckfeder 39 drückt einerseits den Napf 23 und die Rollmembran
22 gegen die Stirnseite des Flanschstutzens 18; andererseits drückt die weiche Schraubendruckfeder
39 den Federteller 36 gegen den Gewindestopfen 32. Durch Verdrehen des Gevindestopfens
32 kann die Vorspannung, mit der die Rollmembran 22 gegen den Flanschßtutzen 18
gedrückt wird, eingestellt werden.
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Eine kürzere, härtere Schraubendruckfeder 40 mit kleinerem Durchmesser
ist an den Hohlzylinderabsatz 26 befestigt.
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Wird durch zunehmenden äußeren Druck der Napf 23 unter Zusammendrücken
der weichen Schraubendruckfeder 29 auf
den Flansch 30 hin bewegt,
dann kommt nach einer vorbestimmten Wegstrecke die härtere Schraubendruckfeder 40
mit ihrer Stirnseite an einer Planfläche 41 des Federtellers 36 zur anlage. Von
diesem Zeitpunkt ab wirken auf den Napf 23 die Summen beider Federkräfte, wodurch
ein Knick in der Kennlinie, der Darstellung des Weges des Napfes 23 in Abhängigkeit
vom Druck, erreicht wird.
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An dem dem Napf 23 abgewandten Ende ist der Bolzen 28 mit einem Gewinde
versehen, auf das ein ferromagnetischer zylindrischer Kern 42 aufgeschraubt ist.
K-in XJcrdocllen des Kernes 42 mittels eines an seiner freien Stirnseite vorgesehenen
Schraubenzieherschlitzes 43 ermöglicht eine axiale Verschiebung des Kernes 42 relativ
zum Napf 23.
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In den Flansch 30 sind mehrere Schraubbolzen 44 axial eingeschraubt.
An ihren freien Stirnseiten liegt ein Kunststoffspulenkörper45 an, der mittels in
die Schraubbolzen 44 eingedrehter Schrauben 46 -befestigtist. Der Kunststoffspulenkörper
45 weist zwei Zwischenflansche 47 auf, die zwischen sich und den Endflanschen eine
zentrale Kammer 48 und zwei Endkammern 49 einschließen. In den Kammern 48 und 49
sind Wicklungen eines Differentialtransformators untergebracht. Mit Hilfe von Schrauben
50 ist an der freien Stirnseite eine Anschlußplatte 51 befestigt, an die die Anschlußdrähte
der in den Kammern 48 und 49 untergebrachten Wicklungen geführt sind. Ein kleiner
Blockgleichrichter 55 ist an der Anschlußplatte 51 aufgelötet. Ebenso sind nach
außen führende Adern 52 angelötet, die durch den hohlen Schraubstutzen15 nach außen
geführt sind. Der Schraubstutzen 15, der mit einem Außengewinde versehen ist, läuft
in einen Konus 53 aus, auf den
ein Schlauch 7 aufgesteckt ist,
der durch eine mit einer konischen Bohrung versehene Uberwurfmutter 54 druck- und
flüssigkeitsdicht an dem Hohlzylinder 14 befestigt ist.
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In der zentralen Kammer 48 ist eine Speisewicklung 56 untergebracht,
deren beide Anschlußenden an zwei der vier Adern 52 geführt sind. In den Endkammern
49 ist je eine Meßwicklung 57 in symmetrischer Ausführung untergebracht. Die beiden
Meßwicklungen 57 sind gegeneinander geschaltet, so daß an den beiden nach außen
geführten Anschlüssen 58 nur die Differenz der beiden in den Meßr wicklungen 57
induzierten Wechselspannungen in Erscheinung tritt. An die Anschlüsse 58 sind die
Wechselspannungsklemmen des Gleichrichters 55 angeschlossen. Von den beiden Gleichspannungsanschlüssen
des Gleichrichters 55 führen die beiden anderen der vier Adern 52 durch den Schlauch
7 zum Anschlußkopf 5 im Schraubstutzen 4. Alle vier Adern sind vom Anschlußkopf
5 weitergeführt zum Anzeigegerät 9. Die beiden mit dem Gleichrichter 55 verbundenen
Adern sind einerseits unmittelbar und andererseits über einen Stellwiderstand 59
an die Wicklung eines Drehspulmeßwerkes 60 angeschlossen. Die beiden mit der Speisewicklung
56 verbundenen Adern 52 sind zu einer Sekundärwicklung 61 eines Transformators 62
geführt, dessen Primärwicklung 63 über eine Sicherung 64 mit dem Netz in Verbindung
steht. Der Stellwiderstand 59 gestattet das Anpassen des Vollausschlages des Anzeigegerätes
9 an unterschiedliche Behälterhohen, so daß mit der gleichen Anordnung ein großer
Bereich von möglichen Füllhöhen erfaßt werden kann. Vorzugsweise ist die Stellbuchse
des Stellwiderstandes 59 nach außen geführt und
dadurch der Stellwiderstand
59 von außen her einstellbar. Dabei ist eine kleine Skala vorgesehen, auf der die
eingestellte Füllhöhe angezeigt wird. Der auf dieser Skala angezeigte Wert entspricht
dem 10%o-Wert des Zeigers 10 auf der Skala 11 bei vollem Behälter.
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Anstelle des Differentialtransformators 42, 48, 49 und des Gleichrichters
55 kann ein Feldplattensystem in den Meßwandler 6 eingebaut sein. Statt des Kernes
42 ist in diesem Fall an dem Bolzen 28 ein kleiner Dauermagnet 65 befestigt. Der
Dauermagnet 65 taucht in ein nicht magnetisches Rähmchen 66 ein, auf dem im Querschnitt
ein U bildende ferromagnetische Plättchen 67 angebracht sind. Die Plättchen 67 bilden
zwei mit ihren Jochen einander abgewandte und mit ihren freien Schenkelenden einander
benachbarte U-Bügel. Zwischen den Schenkelenden ist ein Luftspalt 68 vorgesehen.
Bei Jedem der beiden U-Bügel ist im Übergang von dem einen Schenkel zum Joch je
eine Feldplatte 69 eingebaut. Befindet sich der Dauermagnet 65, dessen Polflächen
den Innenseiten der Schenkel der U-Bügel zugekehrt sind, in einer zentralen, zum
Luftspalt 68 symmetrischen Lage, dann wird durch jeden der beiden U-Bügel ein gleichgroßer
magnetischer Fluß geleitet, und die beiden Feldplatten 69 sind von einem gleichgroßen
magnetischen Fluß durchsetzt. Dadurch ist auch ihr Widerstand einander gleich. Wird
nun der Dauermagnet bei sich bewegendem Napf 23 aus dieser mittleren Symmetrielage
verschoben, dann wird der Fluß in dem einen U-Bügel vergrößert und im anderen verkleinert.
Entsprechend ändert sich der Widerstand der beiden Feldplatten 69 in entgegengesetztem
Sinn. Die Jeweils zwei Anschlüsse der
Feldplatten 69 sind an die
Anschlußplatte 51 geführt, von wo aus die Adern 52 nach außen geführt sind. Die
im Anzeigegerät 9 vorgesehene Schaltung kann beispielsweise als Brückenschaltung
aufgebaut sein, bei der die beiden Feldplatten jeweils in Reihe zu einem Festwiderstand
liegen und zwischen die Verbindung von Feldplatte und Festwiderstand das Meßwerk
des Anzeigesystemes geschaltet ist. Die Speisespannung wird den beiden Enden der
beiden Serienschaltungen aus Pcldplntte und Widcrstnnd zugeführt, wobei an Jedem
Pol der Speisespannung die Feldplatte der einen und der Widerstand der anderen Serienschaltung
angeschlossen ist. Es kann Jedoch auch, wie in Fig, 5 dargestellt, eine Serienschaltung
der beiden Feldplatten 69 vorgesehen sein. An die Enden der Serienschaltung wird
die Speisespannung angeschlossen, parallel zur einen der beiden Feldplatten wird
das Meßwerk geschaltet. Auch eine derartige Anordnung ist über einen genügend großen
Verstellbereich auareichend linear. Es genügt bei dieser Schaltung, wenn drei Adern
52 durchgeschaltet sind.
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Wird als Umsetzer ein Potentiometer verwendet, so erfolgt der Einbau
in den Wandler 6 beispielsweise nach Fig. 6.
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Statt des Kernes 42 ist an dem Bolzen 28 ein dreieckförmiger Doppelschleifer
70 befestigt. In der in Fig. 6 dargestellten Draufsicht weist der Schleifer 70 die
Gestalt eines ausgesparten gleichschenkligen Dreiecks auf, dessen kurzer, ungleicher
Schenkel dem Bolzen 28 benachbart ist und desen von den beiden gleichen Schenkeln
gebildete Spitze einen Kontaktniet trägt, der auf der Wicklung 71 eines Potentiometers
72 schleift. Das Potentiometer ist von zylindrischer Gestalt und seine Achse
fällt
mit der Achse des Bolzens 28 zusammen. Der Schleifer 70 weist in einer durch die
Achsen von Bolzen 28 und Potentiometer 72 gelegten Ebene, die senkrecht zur Zeichenebene
von Fig. 6 steht, die Gestalt eines U auf, dessen beide Schenkel in Fig. 6 als sich
deckende Dreiecke erscheinen und an deren freien Enden die Kontaktnieten befestigt
sind. Die beiden Schenkel des U-förmigen Schleifers liegen federnd an einander gegenüberliegenden
Stellen von außen an der Wicklung 71 an. Das Potentiometer 72 ist mit seiner dem
Bolzen 28 abgewandten Stirnseite an einem Quersteg 73 befestigt. Der Quersteg 73
ist an seinen Endbereichen mittels je einer Schraube 74, die in die Schraubbolzen
44 eingeschraubt sind, fixiert. Dabei sind die Schraubenschäfte der Schrauben 74
von Schraubendruckfedern 75 umgeben, die sich einerseits an der Stirnseite des Bolzens
44 abstützen und andererseits den Steg 73 gegen den Kopf der Schraube 74 drücken,
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt ist, sondern, Abweichungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Insbesondere ist es möglich, die unterschiedlichsten Umsetzer in einen
erSindungsgemäßenMeßwandler einzubauen. Auch kann beispielaweise statt einer Rollmembran
ein Faltenbalg verwendet 6ein.