DE2526860A1

DE2526860A1 - Anordnung zur feststellung des pegels von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2526860A1
Application number: DE19752526860
Authority: DE
Inventors: Daniel Ira Pomerantz; Michael Smolin
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1974-06-17
Filing date: 1975-06-16
Publication date: 1976-02-05
Also published as: JPS5133665A; AU8192875A; IT1036307B; CA1070409A; FR2274903A1; DK265975A; ES438653A1; NO752160L; FR2274903B1; BR7503696A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN DXIII POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

P.R. Mallory & Co Inc., 3o29 E. Washington Str., Indianapolis,Ind., 462o6, V.St.A.

Anordnung zur Feststellung des Pegels von Flüssigkeiten

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung des Vorhandenseins von beweglichem Material, insbesondere zur Feststellung des Pegels von Flüssigkeiten.

In vielen Fällen ist es erforderlich, den Pegel einer Flüssigkeit in einem Behälter festzustellen. Als Funktion des Vorhandenseins eines bestimmten Flüssigkeitspegels kann ein elektrisches Signal erzeugt werden, um weitere Anordnungen, beispielsweise Alarm- und Kontrollanordnungen in Funktion zu setzen, um den Fluß einer Flüssigkeit zu einem Behälter zu überwachen. Ein Anwendungsbeispiel für eine derartige Anordnung ist eine Waschmaschine, bei der einWAsserzuführventil abgeschaltet wird, wenn der

509886/0801

Wasserpegel bzw. Wasserspiegel einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

Es sind Flüssigkeitspegel-Detektoren erhältlich, welche Schaltungen zur Erzeugung von Oszillatorsignalen enthalten. Das Vorhandensein einer Flüssigkeit in naher Nachbarschaft eines Sensors führt zu einer feststellbaren Änderung der Amplitude oder der Frequenz des Oszillatorsignals. Mit derartigen Anordnungen können jedoch nur Pegel von Flüssigkeiten mit großer elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Quecksilber, festgestellt werden.

Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist demgegenüber erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

eine räumlich getrennt von der Flüssigkeit angeordnete Reaktanz, insbesondere Induktivität, eine die Flüssigkeit in enge Nachbarschaft zur Induktivität bringende Leitung und eine an die Induktivität angekoppelte Detektor-Verstärker— schaltung, die als Funktion eines Löschens von Schwingungen in der Induktivität ein Signal liefert, wobei das Löschen der Schwingungen auftritt, wenn sich die Flüssigkeit in enger Nachbartschaft der Induktivität befindet,

Im Gegensatz zu den oben genannten bekannten Anordnungen stellt also die erfindungsgemäße Anordnung ein Abreißen oder Lösehen von Schwingungen in einer Schaltung als Funktion des Vorhandenseins einer Flüssigkeit fest. Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet darüber hinaus auch erfolgreich bei Flüssigkeiten mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von Null bis 2o MegOhm χ cm. Beispielsweise Wasser besitzt einen spezifischen Widerstand bis zu 1 oder 2 MegOhm χ am; flüssige Metalle besitzen

- 3 -r

-4 spezifische Widerstände in der Größenordnung von 1o Ohm χ cm. Auch bei Flüssigkeiten mit solchen spezifischen Widerständen ist der Pegel noch feststellbar. Die Feststellung des Abreißens der Schwingung tritt als Änderung in einem elektrischen Signal an zwei Klemmen auf. Diese Signaländerung kann im oben genannten Sinne zur Betätigung weiterer Anordnungen nutzbar gemacht werden.

In Weiterbildung der Erfindung besitzt die Anordnung eine elektrische Isolation zwischen der Induktivität und der Flüssigkeit.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Induktivität durch mehrere Spulen gebildet werden, welche auf ein hohles Rohr gewickelt sind. Durch dieses Rohr kann die Flüssigkeit steigen, wobei jede Spule einen bestimmten Pegel der Flüssigkeit feststellt. Zur Auswahl eines der Spulen kann ein Auswahlschalter vorgesehen werden, der diese ausgewählten Spule an die Detektor-Verstärkerschaltung ankoppelt.

Zur Feststellung eines Flüssigkeitspegel-s in einem Behälter werden also in der Induktivität, welche räumlich getrennt vom Pegel der Flüssigkeit angeordnet ist, Schwingungen erzeugt, die Unterdrückung der Schwingungen in der Induktivität festgestellt, wenn die Flüssigkeit in naher Nachbarschaft zur Induktität gelangt und als Funktion der Feststellung der Schwingungsunterdrückung ein Signal erzeugt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Rf, / η R η ι

-A-

Fig. 1 einSchaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer um ein Flüssigkeitsrohr gewickelten Induktivität;

und

Fig. 2, 3 und 4 jeweils eine Ausführungsform eines Spulenformkörpers für die Induktivität.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einer Anordnung 1o zur Feststellung des Pegels einer Flüssigkeit sind generell eine Induktivität 12, ein Auswahlschalter 14, eine Detektorverstärkerschaltung 16, elektrischeKlemmen 18 und eine Flüssigkeitszuführungsleitung 25 vorgesehen.

Die ein magnetisches Feld aufbauende Induktivität 12 kann wenigstens eine Spule 2o umfassen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind drei Spulen vorhanden. Die Anzahl der Spulen ist für die Wirkungsweise der Schaltung unwesentlich, da der Auswahlschalter 14 in jeweils einem Zeitpunkt nur eine einzige Spule an die Detektor-Verstärkerschaltung 16 ankoppelt. Die Spulen sind auf einen Spulenformkörper gewickelt, welcher sie hält und formt.

Die Induktivität 12 besitzt bei den Ausführungsformen nach den Fig. 2, 3 und 4 unterschiedliche Spulenformkörper. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besitzt ein Behälter 36 ein hohles Rohr 38. Die Außenfläche dieses Rohres 38 bildet in diesem Fall den Spulenformkörper 23. Die relative Größe bzw. die Querschnittsgestalt des Rohres 38 ist solange unwichtig, als es in der inFig. 2 dargestelltenWeise mit dem Behälter 36 verbunden ist, so daß der Pegel einer Flüssigkeit 4o sowohl im Rohr als auch im

^r<n HR Rf₁ / η R η ι

_β c _mm

Behälter gleich ist.Bei dieser Ausführungsform sind die Spulen 2o auf die Außenseite des Rohres 38 gewickelt. Das Rohr kann dünnwandig sein und aus unmagnetischem, elektrisch nichtleitendem Material, beispielsweise thermoplatsischem Kunststoff bestehen. Die Innenseite des Rohrs 38 dient als Flüssigkeitszuleitung 25 zur Zuführung der Flüssigkeit in naher Nachbarschaft zur Induktivität

In Fig. 3 ist ein weiterer Spulenformkörper für eine Induktivität 12" dargestellt. In diesem Falle sind Spulen 2ο¹ auf die Außenseite eines festen Spulenformkörpers 23' gewickelt. Die Spulen können im Bedarfsfall von der Flüssigkeit 4o elektrisch isoliert werden. Ist diese elektrische Isolation erforderlich, so kann sie beispielsweise durch einen dünnen Tauchbezug aus Latex gebildet werden. Das spulentragende Element 23' ist in einen Behälter 36' eingetaucht, so daß die Flüssigkeit 4o um den Körper ansteigen kann. In diesem Falle wird die Flüssigkeitszuführung 25' durch den Behälter 36' gebildet, welcher die Flüssigkeit 40 nicht nur einschließt, sondern sie auch in naher Nachbarschaft zur Induktivität 12¹ bringt. Bei Erreichen der durch den Auswahlschalter 14 ausgewählten Spule wird der Pegel der Flüssigkeit 4o durch diese Spule festgestellt.

Fig. 4 zeigt einen weiteren Spulenformkörper für die Induktivität 12. Bei dieser Ausführungsform wird eine flache spiralförmige Spule 42 durch eine Seite eines flachen Spulenformköprers 23" getragen. Wenn der Pegel einer Flüssigkeit 4o in einem Behälter 36" in naher Nachbarschaft zur Spule 42 kommt, so wird dieser Pegel durch diese Spule festgestellt. Die Flüssigkeitszuführung 25 wird bei dieser Ausführungsform ebenfalls durch den Behälter 36· gebildet.

R η q R 8 6 / ο η η ι

Der Auswahlschlater 14 zur Ankopplung einer Spule 2o an die Detektor-Verstärkerschaltung 16 besitzt einen Schaltarm 21, wobei an jede Spule 2o jeweils ein getrennter Schalterkontakt angekoppelt ist. Bei Vorhandensein lediglich einer Spule 2o ist natürlich kein Auswahlschalter erforderlich. Wie oben schon ausgeführt, können bei der Anordnung gemäß der Erfindung eine oder mehrere Spulen 2o vorgesehen werden. Als Ausführungsformen für den Auswahlschalter kommen auch Stufenschaltrelais und Festkörperschalter in Betracht.

Die Detektor-Verstärkerschaltung 16 enthält einen NPN-Transistor 22, dessen Basis B an die eine Seite einer Kapazität 24 und an die eine Seite eines Widerstandes 26 angeschaltet ist. Der Kollektor C des Transistors 22 ist an die eine Seite eines Widerstandes 28 und an die eine Seite einer weiteren Induktivität 3o angekoppelt. Der Emitter E des Transistors 22 ist an eine Klemme T1 einer Klemmenanordnung 18 und an die eine Seite eines Widerstandes 32 angekoppelt. Die andere Seite des Widerstandes 26 und des Widerstandes 28 sowie der weiteren Induktivität 3o ist an eine Klemme T2 der Klemmenanordnung 18 angekoppelt. Die andere Seite der Kapazität 24 ist über den Auswahlschalter 14 mit der anderen Seite der Induktivität 12 verbunden. Die weitere Induktivität 3o wird bei der dargestellten Ausführungsform durch eine kleine Drahtspule 31 gebildet. Die Widerstände 26, 28 und 32 sind vorzugsweise Einzelwiderstände 27, 29 und 33.

Die Wirkungsweise der Anordnung 1o ist unabhängig von der Größe und vom Ort der verwendeten Spule. An den Klemmen T2 und T3 wird eine Gleichspannung mit einer solchen Polarität eingespeist, daß die Klemme T2 positiv in bezug auf die Klemme T3 ist. Der Transistor 22 bildet in Verbindung mit

der Weiterinduktivität 3o, den Widerständen 26, 28 und 32, der Kapazität 24 und einer der Spulen 2o einen Oszillator. Die Oszillatorfrequenz ist etwa gleich der Eigenresonanzfrequenz der Spule 2o. Der Widerstand 26 stellt die geeignete Vorspannung für die Basis B des Transistors 22 ein. Die erforderliche Phasenverschiebung der Oszillation wird durch die weitere Induktivität 3o und eine der Spulen 2o zusammen mit dem Transistor 22 realisiert. Der Widerstand 28 dient zur Verkleinerung der Güte Q der weiteren Induktivität 3o. Der Widerstand 32 bildet eine Ausgangsimpedanz, an der ein Ausgangssignal zwischen den Klemmen T1 und T3 abgenommen werden kann. Der Widerstand 32 wirkt im Oszillator als Gegenkopplung und damit als Empfindlichkeitseinstellung. Wenn der Pegel der Flüssigkeit 4o steigt und in enge Nachbarschaft zu einer Spule 2o gelangt, so ändert die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit die Güte Q der Spule. Auf diese Weise wird die Schwingung in der Spule und damit in der Detektor-Verstärkerschaltung 16 unterdrückt. Aufgrund dessen ändert sich auch das an den Klemmen T1 und T3 stehende elektrische Signal. Die festgestellte Änderung kann verstärkt und zur Triggerung eines Festkörperschalters ausgenutzt werden. Andererseits kann die Änderung auch auf einem Volt-Meter abgelesen werden.

Patentansprüche

509ft86/nfl01

Claims

Patentansprüche

1) JAnordnung zur Feststellung des Pegels von Flüssigkeiten,

gekennzeichnet durch eine räumlich getrennt von der Flüssigkeit (4o) angeordnete Reaktanz, insbesondere Induktivität (12, 12', 42), eine die Flüssigkeit (4o) in enge Nachbarschaft zur Induktivität (12, 12', 42) bringende Leitung (23, 23', 23"), und durch eine an die Induktivität (12, 12', 42) angekoppelte Detektor-Verstärkerschaltung (16), die als Funktion eines Löschens von Schwingungen in der Induktivität ein Signal liefert, wobei das Löschen der Schwingungen auftritt, wenn sich die Flüssigkeit in enger Nachbarschaft zur Induktivität befindet.

2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (12, 12') durch mehrere Einzel-Drahtspulen (2o, 2o') gebildet ist.

3) Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen zwischen die Induktivität (12, 12', 42) und die Detektor-Verstärkerschaltung (16) gekoppelten Auswahlschalter (14) zur selektiven Ankopplung einer der Spulen (2o, 2o') an die Detektor-Verstärkerschaltungen (16).

4) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flüssigkeit (4o) in enge Nachbarschaft zur Induktivität (12') bringende Leitung (23') als Spulenformkörper ausgebildet und in einen die Flüssigkeit (4o) enthaltenden Behälter (36') eingetaucht ist, daß auf die Außenseite des Spulenformkörpers (23') eine Drahtspule (2ο¹) gewickelt ist und daß der

f< η qRflr, / η η π

Flüssigkeitspegel an der Außenseite des Spulenformkörpers (23') ansteigt.

5) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,gekennzeichnet durch mehrere Drahtspulen (2ο¹) auf dem Spulenformkörper (23¹).

6) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine flache spiralförmig gewickelte Spule (42) im Abstand vom Flüssigkeitsbehälter (36") angeordnet ist, in deren enge Nachbarschaft der Flüssigkeitspegel steigt.

7) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Ausbildung der Detektor-Verstäkrerschaltung (16):

ein Transistor (22), dessen Basis (B) mitder einen Seite einer Kapazität (24) und eines ersten Widerstandes (26) verbunden ist, dessen Kollektor (C) mit der einen Seite eines zweiten Widerstandes (28) und einer weiteren Induktivität (3o) verbunden ist, und dessen Emitter (E) mit einer ersten Klemme (T1) und der einen Seite eines dritten Widerstandes (32) verbunden ist, eine Verbindung der anderen Seite des ersten und zweiten Widerstandes (26, 28) sowie der weiteren Induktivität (3o) mit einer zweiten Klemme (T2), eine Verbindung der anderen Seite des dritten Widerstandes (32) mit der einen Seite der Induktivität (12, 12', 42) und einer dritten Klemme (T3), und eine Verbindung der anderen Seite der Kapazität (24) mit der anderen Seite der Induktivität (12, 12', 42).

8) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahlschalter (14) die andere Seite der Kapazität (24) und jeweils eine Spule (2o, 2o') selektiv koppelt.

π η η R R β / η η η ι

AQ

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