DE2306678A1 - Einrichtung zur fluessigkeitsniveaumessung - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Flüssigkeitsniveau-Messung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von Flüssigkeitsniveaus. Die bekannten Geräte dieser Art machen-sich einmal physikalische Eigenschaften der Flüssigkeit zunutze, z.B. die Dielektrizitätskonstante, den elektrischen Widerstand, das spezifische Gewicht u.s.w. Bei einer anderen Gruppe von Geräten wird das Prinzip der Licht- odr Schallreflexion von der Flüssigkeitsoberflache zugrundegelegt.
• Scnliesslich wird bei einer dritten Kategorie eine Druckmessung unter der Flüssigkeitsoberfläche vorgenommen.
• Diese bekannten Methoden weisen erhebliche Nachteile auf; sie erfordern komplizierte mechanische Anordnungen, sind nicht besonders zuverlässig, reagieren z.T. auch auf Aenderungen der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit, sind zwm anderen Teil bei feuer- und explosionsgefährdeten Medien nicht anwendbar und sind allesamt recht aufwendig und teuer.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine relativ billige, einfache und zuverlässige Flüssigkeitsniveau-Messeinrichtung zu schaffen. Die erfindungsgem.5sse Messeinrichtung ist gekennzeichnet durch einen in die Flüssigkeit hineinragenden rohrförmigen Hohlrawn-Resonator, dessen von Flüssigkeit freier und in seiner Grösse von Flüssigkeitsniveau abhängiger Hohlraum zu Schwingungen angeregt wird, deren Frequenz als Masts für die Höhe des flüssigkeitsfreien Hohlraumes verwendet wird, aus welcher Höhe sich das Flüssigkeitsniveau durch Komplementbildung mit der gesamten Resonatorhöhe ergibt.
• Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann die Luftsäule im flüssigkeitsfreien Hohlraum durch einen Luftstrom zu akustischen Schwingungen angeregt werden, welche mittels eines elektroakustischen Wandlers in elektrische Schwingungen umgesetzt werden, deren Frequenz einem Frequenzmesser zugeführt ist.
• Bei einem anderen Ausführungsbeispiel besteht der Hohlraum-Resonator aus Metall, und in den Hohlraum ragt ein Koaxialleiter hinein; dabei sind der Koaxialleiter und die Resonatorwand an einen Oszillator so angekoppelt, dass der Hohlraum-Resonator das frequenzbestimmende Glied des Oszillators bildet, und die Frequenz des Oszillators ist einem Frequenzmesser zugeführt.
• Die Erfindung wird jetzt anhand der Figuren näher erläutert.
• Es zeigen: Fig.l ein akustisches Ausführungsbeispiel Fig.2a, b zwei Beispiele für digitale Frequenzmessung im Blockschema Fig.3 (schematisch angedeutet) ein Ausfhrungsbeispiel auf der Basis von elektrischen Schwingungen.
• In Fig.l ist mit F1 ein Flüssigkeitstank bezeichnet. Es kann sich natürlich um ein beliebiges Flüssigkeitsreservoir handeln.
• Es sind zwei Flüssigkeitsniveaus N1 und N2 eingezeichnet. Ein akustischer Resonator R ragt in die Flüssigkeit hinein; er ist rohrförmig, vorzugsweise zylindrisch (aber auch eine prismatische Form mit z.B. quadratischem Querschnitt ist möglich), und kann sich auf den Tankboden aufstützen, jedoch so, dass die Flüssigkeit im Rohr mit der Tankflüssigkeit in freier Verbindung steht.
• Die Luftsäule im flüssigkeitsfreien Hohlraum des Resonators wird durch eine Anblaseeinrichtung A, die z.B. einen Pressluftstrom gegen die obere Kante der Resonatorwand bläst, zum Schwingen angeregt. Mittels eines elektroakustischen Wandlers M (z.B. Mikrofons) werden die Schwingungen der Luftsäule im flüssigkeitsfreien Hohlraum - deren Frequenz und somit Periodendauer von der Höhe dieser Luftsäule abhängen - in elektrische Schwingungen umgesetzt.
• Gemäss Fig.2a wird die Ausgangsspannung des Wandlers M, deren Frequenz in vielen praktischen Fällen ziemlich niedrig ist, einem Verstärker V und einem Frequenzvervielfacher F zugeführt.
• Die Frequenz kann nun z.B. digital so gemessen werden, dass die Ausgangs spannung des Vervielfachers F über eine Torschaltung T auf einen Zähler Z gelangt. Die Schwingungen der Ausgangsspannung werden eventuell durch einen bekannten Impulsformer in Rechteckimpulse umgeformt und im Zähler Z solange gezählt, wie die Torschaltung T durchlässig ist, und jedesmal, wenn die Torschaltung sperrt, wird der Zähler Z auf den Ausgangsstand zurückgestellt. Dabei ist die Dauer der Oeffnungs- und der Sperrphasen der Torschaltung T konstant, und jede zwischen zwei Oeffnungsphasen liegende Sperrphase dieser Torschaltung ist relativ zu den Oeffnungsphasen kurz.
• Ferner ist ein Digitalregister D vorgesehen, in welches das beim Sperren der Torschaltung T im Zähler Z vorliegende Zählerresultat jedesmal unmittelbar nach dem Sperren zwecks Anzeige übertragen wird.
• Dies gibt eine periodische Anzeige des jeweiligen Flüssigkeitsstandes. Naturgemäss ist es auch möglich, nur in gewünschten Zeitpunkten Pegelmessungen vorzunehmen. Dazu bleibt die Torschaltung normalerweise geschlossen und wird bei Bedarf für ein Zeitintervall durchlässig gemacht, das wieder der konstanten Oeffnungsphase entspricht. Das Durchlassen der Taktimpulse, Zählen und Uebertragen ins Digitalregister erfolgt, wie vorher geschildert.
• Da man bei dieser Methode eigentlich die Höhe des flüssigkeitsrreien Hohlraumes bestimmt, ist natürlich noch eine Komplementbildung erforderlich, um auf das Flüssigkeitsniveau zurückzuschliessen. Dies ist ganz einfach, wenn man bedenkt, dass das Flüssigkeitsniveau, vermehrt um die Höhe des flüssigkeitsfreien Hohlraumes, gleich der (konstanten) Gesamthöhe des Resonators ist. Es ist-demnach der Flüssigkeitspegel gleich der Resonator-Gesamthöhe (bzw. der maximalen Höhe des flüssigkeitsfreien Hohlraumes) minus der Höhe des flUssigkeitsfreien Hohlraumes. Diese Komplementbildung lässt sich bei der Resultatrechnung leicht verwirklichen. Man kann z.B.
• den Zähler Z von einem voreingestellten Zählstand zurückzählen lassen, der der effektiven Rohrlänge (d.h. der maximalen Höhe des flüssigkeitsfreien Hohlraumes) entspricht, so dass das Resultat der Höhe des Flüssigkeitspegels direkt proportional ist.
• Eine andere Möglichkeit der digitalen Messung (s.Fig. 2b) besteht darin, die Schwingungen der Aus gangs frequenz durch einen Impulsformer If in Rechteckimpulse umzuwandeln und eine Torschaltung T derart steuern zu lassen, dass jeweils während der Dauer der einen Polarität die Rechteckspannung die Torschaltung T öffnet und während der Dauer der anderen Polaritätsperrt. Hierbei liefert ein Taktimpulsgenerator TIG Taktimpulse konstanter, relativ zur Resonatorfrequenz hoher Frequenz auf den Eingang der Torschaltung T; falls letztere durchlässig ist, gelangen die Taktimpulse zu ihrem Ausgang und von dort zum Zähleingang eines Resultat zählers RZ. Unmittelbar nach der Zählung wird der im Resultatzähler RZ gespeicherte Zählstand in ein digitales Anzeigeregister DAZ eingelesen und anschliessend der Resultatzähler RZ auf den Ausgangs stand zurückgestellt. Auch hier ist es zweckmässig, den Resultatzähler RZ von einem voreingestellten Zählstand, welcher der maximalen Höhe des flüssigkeitsfreien Hohlraumes (d.h. der effektiven Rohrlänge) entspricht, zurückzählen zu lassen, so dass das Resultat per saldo dem Flüssigkeitspegel proportional ist.
• Naturgemass ist auch eine Analogmessung möglich, wobei die Frequenz am Ausgang des Vervielfachers F in bekannter Weise mittels eines bekannten Integrationsgliedes IG in eine frequenzproportionale Spannung umgesetzt wird, welche auf ein tnzeigeinstrument AI wirkt.
• In Fig.3 ist schematisch eine andere Möglichkeit der Schwingungserzeugung angedeutet, und zwar auf rein elektrische Weise. Der Hohlraum-Resonator R besteht aus Metall, und es ragt ein - durch isolierende Halterungen befestigter - Koaxialleiter K in den Hohlraum hinein. Koaxialleiter und Wand des Resonators R (die normalerweise geerdet ist) sind an einen Oszillator Os so angekoppelt, dass der Hohlraum-Resonator R das frequenzbestimmende Glied des Oszillators Os bildet.
• Die Frequenz des Oszillators wird dann einem Frequenzmesser eines der oben geschilderten Typen zugeführt.

Claims (7)

1. Patentansprüche

   0 Einrichtung zur Messung von Flüssigkeitsniveaus, gekennzeichnet durch einen in die Flüssigkeit hineinragenden rohrförmigen Hohlraum-Resonator CR), dessen von Flüssigkeit freier und in seiner Höhe vom Flüssigkeitsniveau abhängiger Hohlraum zu Schwingungen angeregt wird, deren Frequenz als Mass für die Höhe des flüssigkeitsfreien Hohlraumes verwendet ist, aus welcher Höhe sich das Flüssigkeitsniveau durch Komplementbildung mit der gesamten Resonatorhöhe ergibt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftsäule im flüssigkeitsfreien Hohlraum durch einen Luftstrom zu akustischen Vibrationen angeregt wird, die mittels eines elektroakustischen Wandlers CM) in elektrische Schwingungen umgesetzt werden, deren'Frequenz einem Frequenzmesser zugeführt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum-Resonator CR) aus Metall besteht und ein Koaxialleiter CK) in den Hohlraum hineinragt, dass der Koaxialleiter CK) und die Wand des Resonators CR) an einen OszillatorCOs) so angekoppelt wird, dass der Hohlraum-Resonator CR) das frequenzbestimmende Glied des Oszillators (pos) bildet, und dass die Frequenz des Oszillators (Os) einem Frequenzmesser zugeführt ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet durch eine digitale Frequenzessung.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen der Ausgangsfrequenz nach eventueller Frequenzvervielfachung über eine Torschaltung (T) auf einen Zähler (Z) gelangen, in welchem sie solange gezählt werden, wie die Torschaltung CT) durchlässig ist, dass jedesmal, wenn die Torschaltung CT) gesperrt wird, der Zähler (Z) auf den Ausgangsstand zurückgestellt wird, dass die Dauer der Oeffnungs- und der Sperrphasen der Torschaltung CT) konstant ist, dass jede zwischen zwei Sperrphasen liegende Sperrphase der Torschaltung CT) relativ zu den Oéffnungsphasen kurz ist und dass das beim Sperren der Torschaltung CT) vorliegende Zählresultat im Zähler Z jedesmal unmittelbar nach dem Sperren zwecks Anzeige in ein Digitalregister CD) übertragen wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen der Ausgangsfrequenz in Rechteckimpulse umgewandelt werden und eine Torschaltung CT) derart steuern, dass jeweils während der Dauer der einen Polarität der Rechteckspannung die Torschaltung CT) öffnet und während der Dauer der anderen Polarität sperrt, dass die Torschaltung (T) an ihrem Eingang Taktimpulse konstanter, relativ zur Resonatorfrequenz hoher Frequenz von einem Taktimpulsgenerator (TIG) empfängt und sie, falls die Torschaltung (T) durchlässig ist, zum Ausgang der Torschaltung und von dort zum Zähleingang eines Resultatzählers (RZ) durchlässt, dass unmittelbar nach einer Zählung der im Resultatzähler (RZ) gespeicherte Zählstand in ein digitales Anzeigeregister CDAZ ) übertragen und anschliessend der Resultatzähler (RZ) auf den Ausgangs stand zurückgestellt wird.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem-der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet durch eine analoge Frequenzmessung in der Weise, dass die nach eventueller Multiplikation durch einen Vervielfacher CF) mittels eines geeigneten Integrationsgliedes CIG) in eine frequenzproporionale Spannung umgesetzt wird, welche auf ein Anzeigeinstrument CAI) wirkt.