DE2235329A1

DE2235329A1 - ARRANGEMENT FOR EXACT LEVEL MEASUREMENT

Info

Publication number: DE2235329A1
Application number: DE19722235329
Authority: DE
Inventors: Gerhard Wendt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-07-19
Filing date: 1972-07-19
Publication date: 1974-02-07

Description

Anordnung zur genauen Pegelmessung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur genauen Pegelmesung, vorzugsweise von Großtankbehältern, beispielsweise der Mineralölindustrie.Arrangement for accurate level measurement The invention relates to an arrangement for precise level measurement, preferably of large tank containers, for example the petroleum industry.

Bisher werden Pegelmessungen entweder von Hand mittels -eines Meßbandes oder automatisch mit Hilfe von einem Schwimmer nach dem Adhäsionsaprinzip, eine Seiles Uber Rollen und einer mechanL-schen Anzeigeeinrichtung durchgeftihrt.So far, level measurements have been made either by hand using a measuring tape or automatically with the help of a float based on the adhesion principle, one Rope carried out over rollers and a mechanical display device.

Auch wurde schon vorgeschlagen, die tage eines Schwimmers mittels eines elektrischen Servomechanismus zu bestimmen. Diese vorgenannten Anordnungen sind jedoch nicht in der Lage, eine absolute Messung in Grenzen (#lmm) zu garantieren, weil beispielsweise der Meßdraht sämtlichen Einflüssen, wie Temperatur, Korrosion und Dehnung, unterworfen ist. Außerdem ist die Adhäsion von der Dichte, der Viskosität etc. des zu messenden Mediums abhängig und daher mit den bisherigen Anordnungen nicht mit der erforderlochen Genauigkeit erfaßbar. Hauptsächlich jedoch können mit den bisherigen Meßmethoden mechanische Änderungen des Behälters, die durch verschiedene Füllhöhen, spezifische Gewichte des Mediums und schwankende Außentemperaturen hervorgerufen werden, nicht erfaßt werden. Dieser Fehler übersteigt denjenigen, der bisher durch die Pegelmeßeinrichtungen zulässig bzw. erreichbar war, um ein Vielfaches. Aber auch der Wartungsaufwand ist bei den bisherigen Anordnungen - wie bei jeder .Mechanik - erheblich.It has also been proposed to use the days of a swimmer of an electrical servomechanism. These aforementioned arrangements are however not able to guarantee an absolute measurement within limits (#lmm), because, for example, the measuring wire is exposed to all influences such as temperature and corrosion and stretching. In addition, the adhesion depends on the density, the viscosity etc. depending on the medium to be measured and therefore with the previous arrangements not punched with the required Accuracy can be determined. Mainly however, with the previous measurement methods, mechanical changes to the container, due to different fill levels, specific weights of the medium and fluctuating Outside temperatures are caused not to be recorded. This error exceeds those who were previously permitted or attainable by the level measuring devices was, many times over. But the maintenance effort is also the same with the previous arrangements - as with any .Mechanics - considerably.

Außerdem können mechanische Meßverfahren nur relativ ungenaue analoge Meßsignale liefern.In addition, mechanical measuring methods can only provide relatively imprecise analog ones Deliver measurement signals.

Diese Nachteile zu beseitigen und eine Meßanordnung zu schaffen, die alle Nebeneinflüsse mit Sicherheit im Meßergebnis be racksichtlgt, i.st Aufgabe der Erfindung. Diese wird dadurch gelöst, daß einem opto-elektronischen Meßgerät mit einem digitalen Datenausgang ein geschlossenes* mit einen Schutzgas - beispielsweise Helium - gefülltes Meßrohr aus nichtmagnetischem Material sugeordnet ist, dessen einer Teil in den Behälter eingefllhrt und kraftechlüssig mit dem Deckelement so verbunden ist, daß die restlichen Teile des Rohres außerhalb des Behälters in zwei Achsen (waagerecht und senkrecht) Freiheitsgrade besitzen und ein flacher Ringschwimmer - vorzugsweise aus nicbtkorrodierendem Kunststoff - mit beispielsweise Dauermagneten um den im Behälter befindlichen Meßrohrteil angeordnet ist und ein kugelgelagerter Meßwertanzeiger mit in der Mitte befindlichem pyramideförmigen Reflektor - beispielsweise Retroreflektor -von dem im Inneren des Rohres aufgebauten Magnetfeld getragen wird.To eliminate these disadvantages and to provide a measuring arrangement which all secondary influences are considered with certainty in the measurement result, i.e. the task the invention. This is achieved in that an opto-electronic measuring device with a digital data output a closed * with a protective gas - for example Helium-filled measuring tube made of non-magnetic material is arranged, its one part introduced into the container and frictionally connected to the cover element is connected that the remaining parts of the pipe outside the container in two Axes (horizontal and vertical) have degrees of freedom and a flat ring float - preferably made of non-corroding plastic - with permanent magnets, for example is arranged around the measuring tube part located in the container and a ball-bearing Measurement indicator with a pyramid-shaped reflector in the middle - for example Retroreflector - is carried by the magnetic field built up inside the tube.

Durch diese Anordnung werden nun mit hoher Zuverlässigkeit sämtliche Einfitisse zur Beeinträchtigung des Meßergebnisses, wie beispielsweise Außentemperatur" Dehnung, usw. ausgeschaltet.With this arrangement, all Influences to the impairment of the measurement result, such as outside temperature " Stretching, etc. turned off.

Ucr nun auch noch mechanische Veränderungen des Behälters auszuschalten, wird vorgeschlagen, daß dem Meßrohr parallel angeordnete Hilfsrohre bestimmter Lange mit voll reflektierenden Spiegeln und Retroreflektoren an den Auftreffstellen der Meßlichtetrahlen am Behälter zugeordnet sind.Ucr now also switch off mechanical changes to the container, it is proposed that auxiliary tubes of a certain length arranged parallel to the measuring tube with fully reflective mirrors and retroreflectors at the point of impact of the Measuring light rays are assigned to the container.

Ein anderes Ausführungsbeispiel hierftir sieht vor, daß im außenliegenden Schenkel des Meßrohres halbdurchlässige Spiegel in bestimmten Abständen angeordnet sind, denen Fenster im Rohrkörper und entsprechende Retroreflektoren an den Auftreffstellen der Meßlichtstrahlen am Behälter angeordnet sind.Another embodiment here provides that in the external Legs of the measuring tube semi-permeable mirror arranged at certain intervals are, which windows in the pipe body and corresponding retroreflectors at the point of impact the measuring light beams are arranged on the container.

Dieses Ausführungsbeispiel erfordert allerdings eine sehr aufwendige Elektronik, weil die Veilzahl der auf einen Kanal zurUckkommenden Meßstrahlen einduetig identifiziert und verarbeitet werden müssen.However, this embodiment requires a very complex one Electronics, because the number of measuring beams returning to a channel is clear need to be identified and processed.

Weiterhin ist -vorgesehen> daß das o'pto-elektronische Meßgerät auf einem lagemäßig prüzise definierten Fundament - ggf. drehbeweglich - gelagert ist. Diese Maßnahme hat den wesentlichen Vorteil, daß die Messung des Füllstandes außerhalb des Behälterbereiches durchgeführt werden kann und somit keinerlei Explostonsgefahr ehr gegeben ist, da nurmehr völlig ungefährliche Meßlichtstrahlen in unmittelbarer Nähe des Behälters auftreten.It is also planned that the o'pto-electronic measuring device mounted on a precisely defined foundation - possibly rotatable - if necessary is. This measure has the significant advantage that the measurement of the level can be carried out outside the container area and therefore no risk of explosion Ehr is given, since only completely harmless measuring light beams in the immediate vicinity Near the container.

Zur Eliminierung der Meßrohrausdehnung ist vorgesehen, das an eines oder mehreren Punkten, vorzugsweise an den Rohrknickungen, halbdurchlässige Spiegel iit dahinter befindlichen Retroreflektoren bzw. Retroreflektoren an den fensterlosen Enden der Hilfsrohre angeordnet sind.To eliminate the expansion of the measuring tube, it is provided that one or several points, preferably at the pipe kinks, semi-transparent mirrors With retroreflectors behind or retroreflectors on the windowless ones Ends of the auxiliary pipes are arranged.

Zur Feststellung der Füllstandehöhe ist vorgerehen, daß ein kugelgelagerter Ring aus magnetischem Werkstoff durch nichtmagnetiichs Kugeln gegen-die Rohrinnenwand gelagert iot. Diese leichte Konstruktion wird von dem Magnetfeld, das der Schwimmer im Rohrinneren aufbaut, gehalten und kann nahezu reibungslos nur durch die magnetische Kraft bewegt werden.To determine the filling level, it is suggested that a ball-bearing Ring made of magnetic material with non-magnetic balls against the inner wall of the pipe stored iot. This lightweight construction is powered by the magnetic field created by the swimmer builds up inside the pipe, held and can only run almost smoothly through the magnetic Force to be moved.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß dem opto-elektronischen Meßgerät mehrere Behälter zur Feststellung der Füllstandeshöhe zugeordnet sind. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung der Überwachung und Kontrolle in großen Anlagen, wie beispielsweise Raffinerien.It is also proposed that the opto-electronic measuring device several containers are assigned to determine the level. this leads to to a significant simplification of the monitoring and control in large plants, such as refineries.

Die Erfindung ist an Aisführungsbeispielen beschrieben und gezeichnet. Es zeigen: Fig. I eine Anordnung in schematischer Darstellung mit einem Meßrohr und teildurchlässigen Spiegeln; Fig. 2 eine Anordnung in schematischer Darstellung mit einem Meßrohr und mehreren Hilfirohren; Fig. 3 einen Querschnitt durch den Schwisier; Fig. 4 einen Querschnitt des kugelgelagerten Meßringes.The invention is described and drawn using examples. They show: FIG. 1 an arrangement in a schematic representation with a measuring tube and partially transparent mirrors; 2 shows an arrangement in a schematic representation with a measuring tube and several auxiliary tubes; 3 shows a cross section through the Schwisier; Fig. 4 shows a cross section of the ball-bearing measuring ring.

Das Meßgerät 10 befindet sich auf einem Fundament 11 ein genau definierter und justterbarer Lage. Es sendet einen Meßstrahl 20 durch das Fenster 23 in das geschlossene und mit einem Schutzgas gefüllte Meßrohr 12. Als Schutzgas wird Helium vorgeschlagen.The measuring device 10 is located on a foundation 11, a well-defined one and adjustable location. It sends a measuring beam 20 through the window 23 into the closed measuring tube 12 filled with a protective gas. Helium is used as the protective gas suggested.

In dem Heßrohr 12 sind an-bestimmten bzw. erforderlichen Stellen teildurchlässige Spiegel 21 und Retroreflektoren 19, 22 angeordnet, wobei letztere 22 im eine Falle an den Umlenkstellen hinter den teildurchlässigen Spiegeln angeordnet sind und im anderen Falle 19 an bestimmten Auftreffstellen am Behalter 50.In the hot pipe 12 there are partially permeable points at certain or required points Mirror 21 and retroreflectors 19, 22 arranged, the latter 22 in a case are arranged at the deflection points behind the partially transparent mirrors and in other trap 19 at certain points of impact on the container 50.

Der Meßstrahl 20 mißt jeweils die Entfernung zwischen dem Ausgang des Meßgerätes 10 und den Retroreflektoren 19, 22 sowie zwischen dem Auegang und dem Meßanzeiger 15. Die Entfernung von letzterem 15 wird nach den vorgenannten Meßwerten zu den Retroreflektoren 19, 22 z. B. mittels eines Rechners korrigiert, um beispielsweise Temperatur. Einflüsse und Veränderungen dea Meßrohres und des Behälters zu eliminieren. Das Meßrohr 12 unterteilt sich in einen im Behälter 50 befindlichen und mittels einer EAnspannung 26 gehaltenen Meßrohrteil 12a und in einen außerhalb des Behälter befindlichen Teil 12b, der nur der Wärmeausdehnung unterwotfen ist und ansonsten lagemäßig zum Meßgerät 10 definiert angeordnet ist. Hierbei beziehen sich die "definierten" Beziehungen auf beispielsweise 20°C Außentemperatur bei leerem Behälter.The measuring beam 20 measures the distance between the exit of the measuring device 10 and the retroreflectors 19, 22 and between the Auegang and the measuring indicator 15. The distance from the latter 15 is determined according to the aforementioned measured values to the retroreflectors 19, 22 z. B. corrected by means of a computer, for example Temperature. To eliminate influences and changes of the measuring tube and the container. The measuring tube 12 is divided into a located in the container 50 and means a measuring tube part 12a held in a tension 26 and into an outside of the container located part 12b, which is only subjected to thermal expansion and otherwise is arranged in relation to the measuring device 10 in a defined manner. The "defined" refer to Relationships to, for example, 20 ° C outside temperature with an empty container.

Tritt nun eine Ausbeulung des Behälters 50 infolge der Füllung auf> so werden die an der Behälterwand in definierten Höhen angeordneten Retroreflektoren 19a, 19b, usw. relativ zum außenliegenden Meßrohrteil 12b bewegt und verktirzen damit den Lichtweg, der über die Eintriffsfenster 23a, halbdurchlässige Spiegel 21 und Austrittsfenstern 23b verläuft.If there is now a bulging of the container 50 as a result of the filling> this is how the retroreflectors arranged on the container wall at defined heights become 19a, 19b, etc. relative to outer measuring tube part 12b moved and thus shorten the light path that is semi-transparent through the entrance window 23a Mirror 21 and exit windows 23b runs.

Auf der Behälterfüllung befindet sich ein fiacher Schwimmer 13 aus einem nichtkorrodierendem $Kunststoff und mit einem spezifischen Gewicht, welche möglichst weit unter demjenigen des zu messenden Mediums liegt - beispielsweise 0,3. Die im Schwimmer 13 angeordneten Dauermagnete 14 erzeugen im Meßrohr 12a ein Magnetfeld derart, daß im Inneren des Meßrohrs 12 ein Meßanzeiger 15 gehalten wird, wobei ich eine evtl. mägliche Kipplage dieses Anzeigers 15 nicht auf den Weg des Lichtstrahls auswirkt. Hierzu sind an einem magnetischen Ring 25 nichtmagneitische Kugeln 24 angeordnet, um die Bewegung des meßanzeigers 15 infolge veränderten Füllstandes an der Innenwand des Meßrohrs 12 weitgehend reibungsfrei zu ermöglichen. Der Meßanzeiger besitzt ein ganz geringes Gewicht und trägt den pyramidenförmigen Retroreflektor 16. Das Magnetfeld ist so bemessen, daß Lageveränderurtgen durch mögliche Reibung beispielsweise 1/5 der angegebenen Meßeinheit - vorsugsweise 1 mm - nicht Überschreiten.A flat float 13 is located on the container filling a non-corrosive plastic and with a specific weight, which is as far below that of the medium to be measured - for example 0.3. The permanent magnets 14 arranged in the float 13 generate a in the measuring tube 12a Magnetic field in such a way that a measuring indicator 15 is held inside the measuring tube 12, whereby I do not use a possibly possible tilting position of this indicator 15 on the path of the Light beam affects. For this purpose, 25 non-magnetic on a magnetic ring Balls 24 arranged to the movement of the measuring indicator 15 as a result of changed fill level to allow largely frictionless on the inner wall of the measuring tube 12. The gauge has a very low weight and carries the pyramid-shaped retroreflector 16. The magnetic field is dimensioned in such a way that the position changes due to possible friction for example 1/5 of the specified unit of measurement - preferably 1 mm - not to exceed.

Die in Fig. 2 gezeigte AusfUhrung mit den Hilferohren 17 hat dieselbe Funktionsweise, nur sind hier die einzelnen Lichtwege mechanisch voneinander getrennt. Die Einstellung des Meßgerätes 10 auf die Rohreingangsfenster 23b geschieht entweder durch eine Schwenkbevegung des Gerätes auf dem Fundament II, oder durch Anordnung gleichzahliger optischer Ausgänge am Meßgerät 10. Diese Anordnung läßt sich durch die gleiche spezielle drehbare Lagerung auch für die Pegelmessung einer größeren Anzahl von Behältern verwenden.The embodiment shown in Fig. 2 with the auxiliary tubes 17 has the same How it works, only here the individual light paths are mechanically separated from one another. The adjustment of the measuring device 10 to the pipe entrance window 23b is done either by a swivel movement of the device on the foundation II, or by arrangement optical outputs of the same number on the measuring device 10. This arrangement can be passed through the same special rotatable bearing is also used to measure the level of a larger one Use number of containers.

- Patentansprüche. -- claims. -

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Arrangement for precise level measurement, preferably of large tank containers, for example the mineral oil industry, thereby characterized in that an opto-electronic measuring device (10) with a digital data output a closed measuring tube filled with a protective gas - for example helium (12) made of non-magnetic material is associated with one part (12a) in the The container (50) is introduced and connected to the cover element (51) 80 in a force-locking manner is that the remaining parts (12b) of the army pipe (12) outside the container (50) have degrees of freedom in two axes (horizontal and vertical) and one flat Ring float (13) - for example made of non-corrosive plastic - with, for example two permanent magnets (14) are arranged around the measuring tube part (12a) located in the container (50) is and a ball-bearing measured value indicator (15) with a pyramid-shaped in the middle Reflector (16) - for example retroreflector - from the inside of the tube (12a) built-up magnetic field is carried.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring tube (12) parallel auxiliary tubes (17) of a certain length with fully reflective Mirrors (18) and retroreflectors (19, 22) both at the points of incidence of the measuring light beams (20) are assigned to the container (50) and to the windowless pipe ends.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the outer Leg (12b) of the measuring tube (12) semitransparent mirror (21) at certain intervals are arranged, which window (23) in the tubular body (12b) and corresponding retroreflectors (19,22) both at the points of impact on the container (50) and at the kinks are arranged.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the opto-electronic Measuring device (10) on a precisely defined foundation (11), possibly rotatable is stored.

5. Arrangement according to claim 1, characterized gekennzeicbnet that the ball-bearing Ring (25) is made of non-magnetic material, and by non-magnetic balls (24) is mounted against the inner wall of the measuring tube part (12a).

6. Arrangement according to one of the several of claims 1 to 5 thereby characterized in that the opto-electronic measuring device (10) has several containers to be measured (50) are assigned.

Cited publications: DOS 1 548 367 DAS 2 054 973 L. e e r e i t e