DE2152675C3

DE2152675C3 - Arrangement for continuous measurement of the level of a liquid in a container

Info

Publication number: DE2152675C3
Application number: DE19712152675
Authority: DE
Inventors: Pierre Vitry Sur Seine Franchi (Frankreich)
Original assignee: L'electronique Appliquee, Montrouge (Frankreich)
Filing date: 1971-10-22
Publication date: 1977-01-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kontinuierlichen Messung des Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einer ersten Echoloteinrichtung, bestehend aus einem in dem Behälter unterhalb des niedrigsten zulässigen Füllstands angeordneten ersten Schallwandler zur Aussendung von Schalloder Ultraschallwellen und einer ersten Empfangsanordnung zur Lieferung eines Ausgangssignals beim Empfang der nach dem Durchlaufen der Flüssigkeit an der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Wellen und mit einer an die Empfangsanordnung angeschlossenen Auswertungs- und Anzeigeschaltung zur direkten Anzeige des Füllstands auf Grund der Laufzeit der Wellen.The invention relates to an arrangement for continuous measurement of the level of a liquid in a container with a first echo sounder device consisting of one in the container below the lowest permissible level arranged first sound transducer for emitting sound or Ultrasonic waves and a first receiving arrangement for delivering an output signal at Reception of the waves reflected on the surface of the liquid after passing through the liquid and with an evaluation and display circuit connected to the receiving arrangement for direct Display of the fill level based on the running time of the waves.

Derartige Anordnungen, die eine kontinuierliche Messung des Füllstands sowohl während des Füllens oder Entleerens des Behälters als auch im Ruhezustand der Flüssigkeit mit dauernder Anzeige des jeweiligen Flüssigkeitsstandes ermöglichen, müssen grundsätzlich von den Geräten unterschieden werden, die nur anzeigen, ob ein bestimmter Füllstand über- oder unterschritten ist, ohne daß eine genaue Messung eines von diesem Grenzstand abweichenden Füllstands möglich ist.Such arrangements that a continuous measurement of the level both during filling or emptying of the container as well as in the idle state of the liquid with continuous display of the respective Enable liquid level must be distinguished from the devices, which only indicate whether a certain level has been exceeded or fallen below, without an exact measurement a level deviating from this limit level is possible.

Bei den bekannten Geräten der eingangs angegebenen Art, wie sie beispielsweise in der DT-AS 1287811 beschrieben sind, muß der SchallwandlerIn the known devices of the type specified at the outset, such as those in the DT-AS 1287811 must be the transducer

der Echoloteinrichtung unterhalb des niedrigsten zulässigen Niveaus, beispielsweise am Boden des Behälters, angeordnet sein. In hohen Behältern müssen daher die Schallwellen für die Messung des höchsten zulässigen Niveaus einen beträchilichen Weg zurücklegen, der um ein Vielfaches gr ßer ist als der für die Messung des niedrigsten Niveaus zurückzulegende Weg. Bei gleichbleibender relativer Meßgenauigkeit ist daher die Messung des höchsten Ni ^eaus mit einem wesentlich größeren absoluten Meßfehler behaftet. Die relative Meßgenauigkeit ist vor allem auch von der Frequenz der verwendeten Schallwellen abhängig; bei den bekannten Anordnungen ist es aber nicht möglich, die Frequenz der Schallwellen zur Erzielung einer großen relativen Meßgenauigkeit beliebig hoch zu wählen, weil diese Frequenz so niedrig bemessen werden muß, daß die Schallwellen auf dem längsten vorkommenden Weg nicht unzuläsrig stark gedämpft \yerden.the echo sounder below the lowest permissible level, for example at the bottom of the container, be arranged. In tall containers, therefore, the sound waves must be used for the measurement of the highest cover a considerable distance within permissible levels, which is many times greater than that to be covered for the measurement of the lowest level Path. If the relative measurement accuracy remains the same, the measurement of the highest level is therefore with a afflicted by significantly larger absolute measurement errors. The relative measurement accuracy is above all also of depending on the frequency of the sound waves used; but it is not with the known arrangements possible, the frequency of the sound waves to achieve a high relative measurement accuracy arbitrarily high to choose because this frequency must be dimensioned so low that the sound waves on the longest occurring path is not inadmissibly strongly damped.

I Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen der !Füllstand in hohen Behältern im Bereich des höchstenI However, there are applications in which the! Fill level in tall containers is in the range of the highest

!zulässigen Füllstands mit sehr großer absoluter Ge-! permissible fill level with a very large absolute

fnauigkeit gemessen werden muß, beispielsweise mitaccuracy must be measured, for example with

einer Genauigkeit von einigen Millimetern bei eineran accuracy of a few millimeters for a

Höhe von etwa 2ü m. Eine solche MeßgenauigkeitHeight of about 2 m. Such a measurement accuracy

kann mit den bekannten kontinuierlich messendencan be used with the known continuously measuring

Echoloteinrichtungen aus den geschilderten Gründen ι nicht erreicht werden.Echosounder devices cannot be reached for the reasons described.

: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ,' solche nach dem Echolotprinzip arbeitende Anord-• nung zur kontinuierlichen Messung des Füllstands derart weiterzubilden, daß eine sehr genaue kontinuierliche Messung des Füllstands auch in der Nähe des höchsten vorkommenden Füllstands möglich ist.: The invention is based on the object of 'such an arrangement working according to the echo sounder principle tion for continuous measurement of the level in such a way that a very precise continuous Measurement of the level is also possible in the vicinity of the highest level that occurs.

Zur Lösung dieser Aufgabe enthält die Anordnung nach der Erfindung eine zweite Echoloteinrichtung mit einem zweiten Schallwandler, der in dem Behälter unterhalb des höchsten zulässigen Füllstands in dessen Nähe angeordnet ist und mit einer Frequenz erregt wird, die höher als die Erregungsfrequenz des ersten Schallwandlers ist, und mit einer zweiten Empfangsanordnung, die beim Empfang der von dem zweiten Schallwandler ausgesendeten und nach dem Durchlaufen der Flüssigkeit an der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Wellen ein Ausgangssignal liefert, und durch eine Umschaltanordnung, welche die Auswertungs- und Anzeigeschaltung von der ersten auf die zweite Echoloteinrichtung umschaltet, wenn die Empfangsanordnung der zweiten Echoloteinrichtung ein Ausgangssignal liefert.To solve this problem, the arrangement according to the invention contains a second echo sounder device with a second sound transducer, which is in the container below the highest permissible level in the Is located near and is excited at a frequency higher than the excitation frequency of the first Sound transducer is, and with a second receiving arrangement, which when receiving from the second Sound transducer emitted and after passing through the liquid on the liquid surface reflected waves provides an output signal, and through a switching arrangement, which the evaluation and display circuitry switches from the first to the second echo sounder device when the Receiving arrangement of the second echo sounder device supplies an output signal.

Wenn bei der Füllstandsmeßancrdnung nach der Erfindung der Füllstand unter der Hohe liegt, in welcher der zweite Schallwandier und die zugehörige Empfangsanordnung liegen, gibt diese Empfangsanordnung kein oder nur ein sehr schwaches Ausgangssignal ab, weil die Schallwellen in der Luft laufen und sehr stark gedämpft werden. Der Eingang der Auswertungs- und Anzeigeschaltung ist dann durch die Umschaltanordnung mit dem Ausgang der ersten Empfangsanordnung verbundin, und die Füllstandsmeßanordnung arbeitet in gleicher Weise wie die bekannten Geräte mit einem einzigen Sehallwandler. Insbesondere wird der zulässige niedrigste Füllstand wegen der kurzen Laufzeit de? Schall wc Ilen von dem ersten Schallwandler zu der ersten Eimpfangsanordnungmit großer absoluter Genauigkeit gemessen, und es ist auch eine kontinuierliche Messung höherer Füllstände mit einer mittleren Genauigkeit möglich. Sobald jedoch der Füllstand die Höhe des zweiten Schallwandlers übersteigt, gibt die zweite Empfangsanordnung ein Ausgangssignal ab, das auf die Umschaltsteuerschaltungen einwirkt; diese bewirken dann, daß die Umschaltanordnung den Eingang der Auswertungs- und Anzeigeschaltung auf den Ausgang der zweiten Empfangsanordnung umschaltet. Die Messung wird nun ausschließlich mit den vom zweiten Schallwandler stammenden Schallwellen durchgeführt, die nur einen sehr kurzen Weg zurücklegen. Die Messung des Füllstands in der Nähe des höchsten Füllstands erfolgt daher wiederum kontinuierlich sowohl während des Füllens und Entleerens als auch im Ruhezustand, jedoch mit sehr großer absoluter Genauigkeit. Wenn der Füllstand wieder unter die Höhe des zweiten Schallwandlers fällt, geht die Messung wieder auf den ersten Schallwandler über.If with the level measurement according to the Invention, the level is below the level in which the second baffle and the associated Receiving arrangement are, this receiving arrangement gives no or only a very weak output signal because the sound waves run in the air and are very much attenuated. The receipt of the evaluation and display circuit is then through the switching arrangement to the output of the first Receiving arrangement verbundin, and the level measuring arrangement works in the same way as the known Devices with a single Hall converter. In particular, the lowest permissible level is used because of the short term de? Schall wc Ilen of that first transducer to the first receiving arrangement measured with great absolute accuracy, and there is also a continuous measurement of higher levels possible with a medium level of accuracy. However, as soon as the level reaches the level of the second Sound transducer exceeds, the second receiving arrangement emits an output signal which is sent to the switching control circuits acts; these then cause the switching arrangement to send the input of the evaluation and display circuit to the output the second receiving arrangement switches over. The measurement is now only based on the second Sound waves originating from sound transducers carried out, which only cover a very short distance. the Measurement of the fill level in the vicinity of the highest fill level is therefore carried out both continuously during filling and emptying as well as at rest, but with a very large absolute Accuracy. When the level drops below the level of the second transducer again, the measurement goes back to the first transducer.

Da die vom zweiten Schallwandler stammenden Schallwellen bei der Messung immer nur kurze Wege zurücklegen, kann ihre Frequenz wesentlich höher sein als die Frequenz der Schallwellen des ersten Schallwandlers. Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit bei der Messung des Füllstands in der Nähe des höchsten Niveaus. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb die Füllstandsmeßanordnung so ausgebildet, daß die Erregungsfrequenz des ersten Schallwandlers im Bereich mittlerer Frequenzen liegt, und daß die Erregungsfrequenz des zweiten Schallwandlers im Bereich hoher und sehr hoher Frequenzen liegt.Since the sound waves from the second transducer are always short distances during the measurement travel, their frequency can be much higher than the frequency of the sound waves of the first Transducer. This enables a further increase in the measuring accuracy when measuring the fill level near the highest level. According to an advantageous embodiment of the invention is therefore the level measuring arrangement designed so that the excitation frequency of the first sound transducer in the range middle frequencies, and that the excitation frequency of the second transducer is in the range high and very high frequencies.

Die Füllstandsmeßanordnung nach der Erfindung kann bei allen Arten von Flüssigkeiten verwendet werden; sie eignet sich insbesondere für die Füllstandsmessung bei Flüssigkeiten von sehr niedriger Temperatur, wie verflüssigten Gasen, beispielsweise flüssigem Methan und flüssigem Stickstoff.The level measuring arrangement according to the invention can be used with all types of liquids will; it is particularly suitable for level measurement of very low liquids Temperature, such as liquefied gases such as liquid methane and liquid nitrogen.

Da die Messung sowohl in der Nähe des niedrigsten Füllstands als auch in der Nähe des höchsten Füllstands mit verhältnismäßig kurzen Laufzeiten der Schallwellen durchgeführt werden, wird eine gute Meßgenauigkeit auch bei Flüssigkeiten erhalten, in denen sich die Geschwindigkeit der Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, in Abhängigkeit von der Temperatur beträchtlich ändert.Because the measurement both near the lowest level and near the highest level be carried out with relatively short transit times of the sound waves, will be a good one Measurement accuracy is also obtained with liquids in which the speed of sound waves, in particular Ultrasonic waves, depending on the temperature, changes considerably.

Bei der Füllstandsmeßanordnung nach der Erfindung ist es sogar möglich, den Einfluß von Änderungen der Schallgeschwindigkeit vollkommen auszuschalten. Dies wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß ein dritter Schallwandler und ein vierter Schallwandier im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie der erste Schallwandler bzw. der zweite Schallwandler angeordnet sind, daß der dritte Schallwandler und der vierte Schallwandler jeweils in einem selbsterregten Kippschwingungskreis erregt werden, dessen Frequenz von der Laufzeit der Schallwellen auf einem horizontalen Bezugsweg in der Flüssigkeit abhängt, und daß die Ausgangssignale der Kippschwingungskrcise als Bezugsfrequenzsignale für die Ermittlung des Füllstands aus der durch die Ausgangssignale der ersten bzw. der dritten Empfangsanordnung angegebenen Laufzeit verwendet werden.In the level measuring arrangement according to the invention, it is even possible to control the influence of changes completely switch off the speed of sound. This is according to an advantageous Further development of the invention achieved in that a third sound transducer and a fourth sound transducer arranged essentially at the same height as the first sound transducer or the second sound transducer are that the third transducer and the fourth transducer are each in a self-excited Tilting oscillation circuit are excited, the frequency of which depends on the transit time of the sound waves on a depends on the horizontal reference path in the liquid, and that the output signals of the tilting oscillation crisis as reference frequency signals for determining the level from the through the output signals of the first or the third receiving arrangement specified transit time can be used.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigtThe invention is described by way of example with reference to the drawing. In it shows

Fig. 1 das Prinzipschema einer Füllstandsmeßanordnung nach der Erfindung undFig. 1 shows the basic diagram of a level measuring arrangement according to the invention and

Fig. 2 ein Beispiel für einen Wandleraufbau, der in einem flüssigen Medium bei sehr niedrigen Tempe-Fig. 2 shows an example of a transducer structure that operates in a liquid medium at very low temperatures

raturen arbeiten kann.can work.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbciispiel ist ein Behälter 39 mit sehr großen Abmessungen dazu bestimmt, eine Flüssigkeit bei sehr niedriger Temperatur, beispielsweise ein verflüssigtes Gas aufzunehmen. Das Füllen dieses Behälters muß sehr genau kontrolliert werden, damit der zulässige höchste Füllstand bei einer Tiefe des Behälters in der Größenordnung von etwa 20 m bis auf einige Millimeter genau eingehalten wird; in ähnlicher Weise muß das Entleeren so kontrolliert werden, daß ein auf einige Millimeter genau festgelegter unterer Füllstand nicht unterschritten wird. Diese Werl<- sind natürlich nur als Beispiel angegebenIn the exemplary embodiment shown in FIG is a container 39 with very large dimensions intended to hold a liquid at very low Temperature, for example to take up a liquefied gas. The filling of this container must be very precise be controlled so that the maximum permissible level at a depth of the container in the order of magnitude is adhered to from about 20 m to within a few millimeters; in a similar way it must Emptying must be controlled in such a way that a lower filling level precisely set to a few millimeters does not occur is fallen below. These Werl <- are of course only given as an example

Am Boden des Behälters ist i-in erster Schallwandlcr 4 angeordnet, der beispielsweise unter einem Führungsrohr 23 für die Schallwellen, d.h. im vorliegenden Fall Ultraschallwellen, liegt, das wenigstens an seinen Enden offen ist, damit die Flüssigkeit ungehindi rt untreten kann. Ein /weiter Schallwandler 5 liegt im oberen Teil des Behälters in einem vorbestimmten Abstand von dem hochstzulässigen Füllstand, bei spielsweise in einer Tiefe von einem Meter unter die scm Niveau. Dieser zweite Schallwandler wirkt eben falls mit einem Führungsrohr 30 für die Schallwellen zusammen. Jeder der Schallwandler 4 und 5 ist gleichzeitig Sender und Empfanger. Es ist natürlich auch möglich, diese Funktionen zu trennen, wenn es erwünscht ist.At the bottom of the container there is a first sound transducer 4 arranged, for example under a guide tube 23 for the sound waves, i.e. in the present case In the case of ultrasonic waves, which is open at least at its ends so that the liquid is unobstructed rt can step on. Another sound transducer 5 is located in the upper part of the container at a predetermined distance from the highest permissible level for example at a depth of one meter below the scm level. This second sound transducer also acts with a guide tube 30 for the sound waves together. Each of the sound transducers 4 and 5 is simultaneously a transmitter and a receiver. It is of course too possible to separate these functions if so desired is.

Zwei von einem Taktgeber 11 synchronisierte Generatoren 2 und 3 speisen die Wandler 4 bzw. 5. Dei Generator 2 erregt den Wandler 4 über die Kabel 25 und 24 mit einer Arbeitsfrequenz von beispielsweise 200 bis 300 kHz. Der Generator 3 erregt den Wandler 5 über die Kabel 32 und 31 mit einer Arbeitsfrequenz von beispielsweise 1 MHz. Die rücklaufenden Wellen werden in elektrische Signale umgewandelt, die vom Wandler 4 zu einem Empfänger 8 und vom Wandler 5 zu einem Empfänger 9 gelangen. Jeder Empfänger empfängt nach einem herkömmlichen Verfahren die Echosignale, die von dem ihm zugeordneten Wandler stammen; er trennt diese Echosignale von den Erregungssignalen und verstärkt die so ausgewählten Signale. Die Ausgangssignaie der Empfänger 8 und 9 gelangen zu Signalformerschaltungen 10 bzw. 11. Wie später noch zu sehen sein wird, wird jeweils von einer dieser Schaltungen eine Torschaltung 18 gesteuert, damit Impulse, deren Frequenz gegenüber der Erregungsfrequenz der Wandler untersetzt ist, eine Zählschaiiung 19 zugeführt werden, die das Anzeigegerät für die Meßergebnisse bildet, wobei die Anzeige in digitaler Form erfolgt, beispielsweise durch Zuordnung von Schauzeichen zu den Zähldekaden. Two generators 2 and 3 synchronized by a clock generator 11 feed the converters 4 and 5. Dei, respectively Generator 2 excites converter 4 via cables 25 and 24 at an operating frequency of, for example 200 to 300 kHz. The generator 3 excites the converter 5 via the cables 32 and 31 with an operating frequency for example 1 MHz. The returning waves are converted into electrical signals, which arrive from the transducer 4 to a receiver 8 and from the transducer 5 to a receiver 9. Everyone According to a conventional method, the receiver receives the echo signals that are assigned to it Transducers originate; it separates these echo signals from the excitation signals and amplifies those selected in this way Signals. The output signals of the receivers 8 and 9 are sent to signal shaping circuits 10 or 11. As will be seen later, each of these circuits is a gate circuit 18 controlled so that pulses whose frequency is reduced compared to the excitation frequency of the converter is fed to a counting circuit 19 which forms the display device for the measurement results, the display being in digital form, for example by assigning indicators to the counting decades.

Das allgemein, an sich bekannte Meßprinzip ist folgendes: Ein piezoelektrischer Wandler, der eine in Kontakt mit der Flüssigkeit stehende schwingende Fläche hat, erregt eine Schallschwingung, im allgemeinen eine Ultraschallschwingung, die sich in der Flüssigkeit ausbreitet, an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird und zu dem dann als Empfänger arbeitenden Wandler zu dessen Erregung nach der folgenden Zeit zurückkehrt:The general, per se known measuring principle is the following: A piezoelectric transducer, the one in Has contact with the liquid standing vibrating surface, excites a sound vibration, in general an ultrasonic vibration that propagates in the liquid on the surface of the liquid is reflected and to the transducer then working as a receiver for its excitation after the following Time returns:

(1) i=2hic. (1) i = 2hic.

Darin sind h die Höhe der Flüssigkeit über dem Wandler und c die Geschwindigkeit der Schallwellen in dem flüssigen Medium. Dieses Echosignal schließt eine Torschaltung für die Impulszählung, die im Augenblick der Aussendung der Schallschwingung geöffnet worden ist.Here, h is the height of the liquid above the transducer and c is the speed of the sound waves in the liquid medium. This echo signal closes a gate circuit for pulse counting, which was opened at the moment the sound oscillation was emitted.

Die Niveaumessung erfolgt mit einer »mittleren« Genauigkeit beim Füllen, beispielsweise mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 10"², solange die Flüssigkeit noch nicht die Höhe des Wandlers 5 erreicht hat und die Echos bis zu dem Wandler 4 zur Steuerung des Empfängers 8 gelangen. Bevor die ίο Höhe des Wandlers 5 nicht erreicht worden ist, kann der Empfänger 9 als außer Betrieb gesetzt angesehen werden, denn selbst wenn der Wandler 5 dauernd von dem Generator 3 erregt wird, ist die Dampfung der von ihm ausgesendeten Ultraschallwellen in der Luft so groß, daß »Echos« an der oberen Abdeckung des Behalters am Hingang des Empfängers 9 die Ansprechschwelle dieses Empfängers nicht ei reichen können. Wenn das Niveau der Hussigkeit die Hohe des Wandlers 5 übersteigt, erreicht jedes an der F!üssigkeitsoberflaehc reflektierte Echo eine Größe, welche die Ansprechschwelle des Empfangers 9 überschreitet. Eine mit dem Wandler 5 durchgeführte Messung hat dann eine größere Genauigkeit, beispielsweise in der Größenordnung von K) ', insbesondere wegen dir Wahl der Erregungsfrequenz des Wandlers 5. Der Empfanger 8 darf dann nicht mehr auf die Torschaltung 18 und damit auf das Anzeigegerat 19einwirken. Dies kann in der dargestellten Weise durch die gestrichelt dargestellte Verbindung 37 erfolgen, über welche der Empfanger 8 von einem Ausgang der dem Empfänger 9 zugeordneten Signalformerschaltung 11 gesperrt wird. Zur Erzielung einer größeren Sicherheit, insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Zählimpulsgenerator zugleich mit dem Empfänger gewechselt werden muß, ist es vorzuziehen, die dargestellte weitergebildete Schaltung anzuwenden: Das Ausgangssignal der dem Empfanger 8 zugeordneten Signalformerschaltung 10 geht über eine Torschaltung 22. die geöffnet ist, solange das Ausgangssignal der dem Empfänger 9 zugeordneten Signalformerschaltung 1! den Wert «falsch = hat (praktisch kein Ansprechen des Empfängers 9), und die gesperrt wird, sobald dieses Ausgangssignal den Wert »wahr« annimmt (Flussigkeitsniveau erreicht den Wandler 5). Das Ausgangssigna! der Torschaltung 22 steuert einerseits das Offnen der Torschaltung 18 fur die Zählimpulse, die fur die Anzeige in der Anzeigevorrichtung 19 vorgesehen sind, solange der Wandler 4 allein in der Flüssigkeit wirkt. Andererseits sperrt dieses Ausgangssignal eine Torschaltung 21, die an ihrem Eingang die Zähiimpulse empfängt, die für die Messung und Anzeige vorgesehen sind, wenn der Wandler S eingetaucht ist. Außerdem gelangen die Zähliimpulse des zuvor erwähnten ersten »Meßkanals« zum Eingang der Torschaltung 18 über eine Torschaltung 20, die gesperrt wird, sobald die Signalformerschaltune 11 den zweiten »Meßkan*i. ,„ Tätigkeit setzt. Die Ümschaiiungder Steuerung des Anzeigegeräts 19 erfolgt somit zwangläufig, und man kann ferner feststellen, daß sie in beiden Richtungen, nämlich beim Füllen und beim Entleeren des Behalters mit der gleichen Sicherheit arbeitet. Wenn die betreffende Flüssigkeit eine im wesentlichen konstante Schallgeschwindigkeit beibehielte, O₅ Konnten die Aähhmpulse von frequenzkonstanten Generatoren stammen, beispielsweise von den Taktimpulsen des Taktgebers 1 über Impulsfrequenzverv.elfacherschaltungen abgeleitet werden. Bei denThe level measurement takes place with an “average” accuracy during filling, for example with an accuracy of the order of magnitude of 10 " ² , as long as the liquid has not yet reached the height of the transducer 5 and the echoes reach the transducer 4 for the control of the receiver 8 Before the height of the transducer 5 has not been reached, the receiver 9 can be viewed as being out of operation, because even if the transducer 5 is constantly energized by the generator 3, the ultrasonic waves it emits are attenuated in the air large that "echoes" on the top cover of the container at the entrance of the receiver 9 cannot reach the response threshold of this receiver. which exceeds the response threshold of the receiver 9. A measurement carried out with the transducer 5 then has greater accuracy, for example Either in the order of magnitude of K) ', in particular because of the choice of the excitation frequency of the converter 5. The receiver 8 may then no longer act on the gate circuit 18 and thus on the display device 19. This can take place in the manner shown by the connection 37 shown in dashed lines, via which the receiver 8 is blocked from an output of the signal shaping circuit 11 assigned to the receiver 9. To achieve greater security, especially taking into account the fact that the counting pulse generator must be changed at the same time as the receiver, it is preferable to use the further developed circuit shown: The output signal of the signal shaping circuit 10 assigned to the receiver 8 goes through a gate circuit 22 is, as long as the output signal of the signal shaping circuit 1 assigned to the receiver 9! has the value "false" (practically no response from receiver 9), and which is blocked as soon as this output signal assumes the value "true" (liquid level reaches converter 5). The initial signa! the gate circuit 22 controls on the one hand the opening of the gate circuit 18 for the counting pulses which are provided for the display in the display device 19 as long as the transducer 4 acts alone in the liquid. On the other hand, this output signal blocks a gate circuit 21, which receives at its input the counting pulses which are provided for measurement and display when the transducer S is immersed. In addition, the counting pulses of the aforementioned first "measuring channel" reach the input of the gate circuit 18 via a gate circuit 20, which is blocked as soon as the signal shaping circuit 11 reaches the second "measuring channel". , “Action sets. The Umschaiiungder control of the display device 19 is thus inevitable, and you can also see that it works in both directions, namely when filling and emptying the container with the same security. If the liquid in question would retain a substantially constant speed of sound, O ₅ Could originate the Aähhmpulse of constant frequency generators, for example, are derived from the clock pulses of the clock 1 via Impulsfrequenzverv.elfacherschaltungen. Both

praktischen Anwendungsfällen der Anordnung ist dies jedoch nicht der Fall, sondern die Schallgeschwindigkeit ändert sich sehr beträchtlich, wenn die niedrige Temperatur der Flüssigkeit sich um einige Grade ändert. Ferner können sich wenigstens während des Füllens vorübergehend Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen und/oder Temperaturgradienten iii dem flüssigen Medium bilden: Die Schallgeschwindigkeit hat dann auf der Höhe des Wandlers 4 und auf der Höhe des Wandlers 5 verschiedene Werte oder kann dort verschiedene Werte haben. Zur Berücksichtigung dieser Bedingungen ist es dann zusätzlich vorgesehen, die Frequenzen der beiden Zahl'mpulsiolgen in Abhängigkeit von den Werten und Änderungen der Schallgeschwindigkeit in dem betreffenden flüssigen Medium zu »eichen«. Jedem der beiden Meßkanäle ist ein Eichsystem zugeordnet. Das Eichsystem des ersten Meßkanals enthält einen Kippschwingungsoszillator mit einer Sendeschaltung 12, einer Empfangsschaltung 14, einem dritten Sende-Empfangs-Schallwandkr 6. der neben dem ersten Schallwandler 4 angeordnet ist, und einem diesem Sehallwandler 6 zugeordneten Reflektor 49, dei einen Weg konstanter Länge in dem flüssigen Medium definiert. Die Frequenz / dieses Kippschwin- *5 gungskreises hängt dann von der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit nach der folgenden Beziehung ab:In practical applications of the arrangement, however, this is not the case, but the speed of sound changes very considerably when the low temperature of the liquid changes by some Grade changes. Furthermore, layers can temporarily differ at least during the filling process Compositions and / or temperature gradients iii form the liquid medium: The The speed of sound is then different at the level of the transducer 4 and at the level of the transducer 5 Values or can have different values there. To take into account these conditions is it then additionally provided the frequencies of the two number impulses depending on the To "calibrate" values and changes in the speed of sound in the relevant liquid medium. A calibration system is assigned to each of the two measuring channels. The calibration system of the first measuring channel contains a relaxation oscillator with a transmission circuit 12, a receiving circuit 14, a third transmitting-receiving baffle 6th the next the first sound transducer 4 is arranged, and a reflector 49 assigned to this Sehall transducer 6, the constant length path in the liquid medium Are defined. The frequency / this tilting oscillation * 5 The motion circle then depends on the speed of sound in the liquid according to the following relationship away:

(2) fr C(IL) (2) for C (IL)

Dann sind L die Weglänge zwischen der schwingenden Flache des Schallwandlers 6 und dem Schallspiegel 49. Bei einer Grundfrequenz des Kippschwingungskreises mit einem Wert von beispielsweise etwa 2000 Hz kann der Abstand L in der Größenordnung von 25 mm gewählt werden. Die rücklaufenden Impulse halten die Kippschwingungen aufrecht, und sie werden fe· ner von der Empfangsanordnung 14 pbge^ griffen u i einer Frequcnzvervielfacherkette 16 zugeführt, .-lspielsweise aus acht in Kaskade geschalteten Fn uenzverdopplern, damit am Eingang der Torscb tung 20 eine Impulsfolge mit einer Frequenz in det Jrößenordnung von beispielsweise 500 kHz erhal η wird. An Stelle der Frequenzverdopplerschal angen könnte man auch Frequenzverdreifacherschaltungen anwenden, falls erwünscht. Auf jeden Fall wird die Endfrequenz F der Zähümpuise auf diese Weise proportional zu der Schallgeschwindigkeit c der Meßschallwellen in dem betreffenden flüssigen Medium und zu deren Änderungen als Funktion der Temperatur auf der betreffenden Höhe gemacht.Then L is the path length between the vibrating surface of the sound transducer 6 and the sound mirror 49. With a fundamental frequency of the oscillating oscillation circuit with a value of, for example, about 2000 Hz, the distance L can be selected on the order of 25 mm. The returning pulses maintain the tilting oscillations, and they are more finely picked up by the receiving arrangement 14 and fed to a frequency multiplier chain 16, for example from eight frequency doublers connected in cascade, so that a pulse train with one frequency at the input of the gate valve 20 on the order of, for example, 500 kHz is obtained. Instead of the frequency doubler circuit, frequency tripler circuits could also be used, if desired. In any case, the final frequency F of the counters is made proportional to the speed of sound c of the measuring sound waves in the liquid medium in question and to their changes as a function of the temperature at the height in question.

In ähnlicher Weise enthält das zweite Eichsystem einen Kippschwingungsoszillator mit einem Sender 13, einem Empfänger 15, einem vierten Schallwand-W 7 der neben dem zweiten Schallwandier 5 angeordnet ist und mit einem dem Schallwandier 7 £ugcordneten Reflektor 50, der einen horizontalen Weg konstanter Länge in dem flüssigen Medium definiert.Similarly, the second calibration system includes a relaxation oscillator with a transmitter 13, a receiver 15, a fourth baffle-W 7 which is arranged next to the second baffle 5 and with a reflector 50 which is associated with the baffle and which has a horizontal path constant length defined in the liquid medium.

Der Abstand L zwischen der schwingenden Fläche des Schallwandlers 7 und dem Reflektor 50 kann beispielsweise in der Größenordnung von 25 mm liegen, und die Grundfrequenz des Kippschwingungsoszülators in der Größenordnung von 2000 Hz. Die am Empfänger 15 abgenommenen Impulse werden gleichfalls einer Frequenzvervielfacherkette 17 zugeführt, damit die Zählimpulsfolge gebildet wird, die schließlich der Torschaltung 21 zugeführt wird.The distance L between the vibrating surface of the sound transducer 7 and the reflector 50 can be, for example, of the order of 25 mm, and the fundamental frequency of the oscillating oscillator in the order of 2000 Hz the counting pulse sequence is formed, which is finally fed to the gate circuit 21.

Im Fall einer vereinfachten Umschaltung wird das Ausgangssignal am Ausgang 37 der Signalformerschaltung 11 als Sperrsignal an den Empfänger 14 des Eichsystems des ersten Meßkanals angelegt.In the case of a simplified switchover, the output signal at output 37 of the signal shaping circuit 11 applied as a blocking signal to the receiver 14 of the calibration system of the first measuring channel.

Die Anordnung muß ferner in der Lage sein, bei sehr niedrigen iemperaturen zuverlässig zu arbeiten. Es ist daher vorgesehen, das zum Wandler 4 führende Kabel 24, das zum Wandler 6 fuhrende Kabel 27, das zum Wandler 5 führende Kabel 31 und das zum Wandler 7 führende Kabel 34 aus Kabeln zu bilden, die in an sich bekannter Weise einen Leiter enthalten, der von gesintertem Magnesiumoxid umgeben ist, das in einen Mantel aus rostfreiem Stahl eingebettet ist. Ein solcher Kabelaufbau wird bei der beschriebenen Anordnung vorzugsweise als Koaxialkabel verwendet, das gegen sehr niedrige Temperaturen beständig ist. Bei 26, 28, 33 und 35 sind die Anschlußkästen für die Verbindung zwischen den Kabeln 24, 27, 31 und 34 und den normalen Koaxialkabeln 25, 29, 32 bzw. 36 dargestellt, die außerhalb des Gefäßes für die Verbindungen zu den äußeren elektronischen Schaltungen verwendet werden.The arrangement must also be able to with to work reliably at very low temperatures. It is therefore provided that the converter 4 leading to Cable 24, the cable 27 leading to the converter 6, the cable 31 leading to the converter 5 and the cable to the Converter 7 to form leading cables 34 from cables which contain a conductor in a manner known per se, which is surrounded by sintered magnesium oxide, which is embedded in a stainless steel jacket. Such a cable structure is preferably used as a coaxial cable in the described arrangement, that is resistant to very low temperatures. At 26, 28, 33 and 35 are the junction boxes for the connection between cables 24, 27, 31 and 34 and the normal coaxial cables 25, 29, 32 or 36 shown, the outside of the vessel for the connections to be used to the external electronic circuits.

Jeder Wandler ist mit einem Gehäuse aus rostfreiem Stahl ausgebildet, beispielsweise in der in Fig. 2 gezeigten Art. Das piezoelektrische Keramikteil 44 ist in einem Gehäuse 39 aus rostfreiem Stahl montiert, das an der schwingenden Fläche durch eine Platte 41 aus der gleichen Legierung unter Einfügung eines Dichtungsrings 42 aus einem metallisierten Plastikmaterial verschlossen ist. Die leitende Verbindung zwischen dem Keramikteil 44 und der Innenwand der schwingenden Fläche 41 erfolgt durch einen oder mehrere Silberdrähte, die in ein Fett eingebettet sind, das gegen sehr niedrige Temperaturen beständig ist. Das Keramikteil 44 wird durch eine elastische Lamelle 45 angepreßt, die sich an einem Metaliblock 46 abstützt, der in einen dielektrischen Würfel 40 eingelassen ist. Der Metallblock 46 ist über einen Leiter 47 mit dem Innenleiter des Kabels 48 verbunden, dessen Außenmantel zur Abdichtung der Durchführung Edelstahl auf Edelstahl verschweißt ist. Durch diesen Aufbau sind die akustischen und elektrischen Verbindungen zwischen Keramikteil und schwingender Fläche ohne Verlöten oder Verschweißen gewährleistet, und sie werden selbst bei einem thermischen Schock der Wandleranordnung aufrechterhalten, der erfolgt, wenn diese in Kontakt mit einer Flüssigkeit auf einer Temperatur in der Nähe von — 180°"bis —190° C gebracht wird.Each transducer is formed with a stainless steel housing such as that shown in FIG Fig. 2. The piezoelectric ceramic part 44 is in a housing 39 made of stainless steel mounted on the vibrating surface by inserting a plate 41 made of the same alloy a sealing ring 42 made of a metallized plastic material is closed. The conductive connection between the ceramic part 44 and the inner wall of the vibrating surface 41 takes place by an or several silver wires embedded in a fat that is resistant to very low temperatures. The ceramic part 44 is pressed by an elastic lamella 45, which is supported on a metal block 46, which is embedded in a dielectric cube 40. The metal block 46 is via a conductor 47 connected to the inner conductor of the cable 48, the outer sheath for sealing the implementation Stainless steel is welded to stainless steel. This structure enables the acoustic and electrical connections guaranteed between ceramic part and vibrating surface without soldering or welding, and they are maintained even in the event of a thermal shock to the transducer assembly that occurs, if this comes in contact with a liquid on a Temperature in the vicinity of - 180 ° "to -190 ° C is brought.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 609 083/1671 sheet of drawings 609 083/167

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for the continuous measurement of the level of a liquid in a container with a first echo sounder device, consisting of a first transducer arranged in the container below the lowest permissible level for emitting sound or ultrasonic waves and a first receiving arrangement for delivering an output signal receiving the after passing through the liquid at the liquid surface reflected waves and with a load connected to the receiving arrangement evaluation and arrival ¹ S show circuit for the direct indication of the level due to the duration of the waves, characterized by a second echo sounder means (5, 9) a second sound transducer (S) which is arranged in the container below the highest permissible fill level in its vicinity and is excited at a frequency which is higher than the excitation frequency of the first sound transducer (4), and with a second receiving arrangement (9), those at the reception the waves emitted by the second sound transducer (5) and reflected on the liquid surface after passing through the liquid supplies an output signal, and through a switching arrangement (22), which the evaluation and display circuit (16, 17, 18, 19, 20, 21 ) switches from the first to the second echo sounder device when the receiving arrangement (9) supplies an output signal to the second echo sounder device.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the excitation frequency of the first Sound transducer is in the range of medium frequencies, and that the excitation frequency of the second transducer is in the range of high and very high frequencies.

3. Arrangement according to claim 1 or? ■ »thereby characterized in that a third sound transducer (6) and a fourth sound transducer (7) are essentially arranged at the same height as the first sound transducer (4) or the second sound transducer (7) are that the third transducer (6) and the fourth transducer (7) each in a self-excited Tilting oscillation circuit (12, 14; 13, 15) are excited, the frequency of which depends on the duration of the Sound waves depend on a horizontal reference value in the liquid, and that the output signals the relaxation circuits (12, 14; 13, IS) as reference frequency signals for the determination dos level from the by the output signals of the first or the third receiving arrangement (8. 9) specified first row can be used.

4. Arrangement according to claim "I, characterized in that» η the outputs of the two breakover oscillation circuits (12, 14; 13, 15) frequency multiplier circuits (16-17) are connected that to the outputs of the first and second receiving arrangements (8 , 9) Circuits (10, 11) are connected for forming square signals, the width r of which is proportional to the transit time of the sound waves emitted from the first Iva to the second sound transducer (4, 5), and that the evaluation and display circuit has a pulse counting arrangement ( \ A ι contains which the output pulse trains of the frequency multiplier circuits (16, 17) are controlled under control by the square-wave signals as a function of the state of the output of the second receiving arrangement (9).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the output of the second receiving arrangement (9) with blocking inputs of the first receiving arrangement (8) and the first Kippschwingungskreis.es (12, 14) is connected.

6. Arrangement according to claim 4, characterized by gate circuits (20, 21, 22), via which the output signals of the two frequency multiplier circuits (16, 17) and the first Square wave shaping circuit (10) are transmitted and depending on the state the output of the second receiving arrangement (9) can be controlled.

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the Use in liquids at very low temperatures that are associated with the sound transducers (4, 5, 6.7) outgoing cables are formed by coaxial cables, the inner conductors of which are made of sintered magnesium oxide is insulated by a stainless steel jacket.

8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that each Sound transducer (4,5,6,7) a tight housing (39) made of stainless steel, which contains a piezoelectric ceramic part (44), which resiliently against the inner wall of the oscillating surface (41) of the housing (39) is pressed, one against the very Low temperature resistant layer of fat (43) is inserted into which at least one silver conductor is embedded.