DE2601279A1

DE2601279A1 - Fluessigkeitsniveausensor

Info

Publication number: DE2601279A1
Application number: DE19762601279
Authority: DE
Inventors: John Paul Carrico
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-02-25
Filing date: 1976-01-15
Publication date: 1976-09-02
Also published as: CA1049285A; DE2601279C3; FR2302509A1; DE2601279B2; IT1055427B; JPS51107861A; US3946177A; GB1495866A

Description

B4TENMNIMJE^KaA BROSE ^Ka BROSE

D-8023 München-Pullach, Wirner Str. 2; Te'. (0P9) 7 "3 30 71; Telet 52··2147 bros d; Cables: «Patentibus·· München

Diplom Ingenieure

15. Januar 1976 BT

THE BLNDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, USA

Fliissigkeitsniveausensor

Die Erfindung betrifft einen ein ferromagnetisches Fluid verwendenden Fliissigkeitsniveausensor.

In der Technik stehen zur Zeit verschiedene Formen von Flüssigkeitsniveausensoren mit schv/immerbetätigten Mechanismen zur Verfügung. Bei einem derartigen Sensor ist ein ringförmiges Glied koaxial um ein zylindrisches Glied angeordnet. Das ringförmige oder das zylindrische Glied kann so mechanisch festgelegt werden, daß sich das andere Glied frei gegenüber dem festgelegten Glied bewegen kann. Die gesamte Vorrichtung wird dann in der Flüssigkeit untergetaucht, deren Niveau gemessen werden soll. Das feststehende Glied bleibt unabhängig vom Flüssigkeitsniveau stationär. Das andere Glied schwimmt jedoch in der Weise, daß sich die

60983&/0581

26Ü1?79

gegenseitigen Lagen der beiden Glieder ändern, wobei diese Veränderungen als Anzeige für das Flüssxgkeitsniveau ermittelt werden. Weil sich die beiden Glieder gegeneinander bewegen müssen, muß dazwischen ein Spiel vorhanden sein. Dies erzeugt bei niedrigen Temperaturen ein Problem, da die Flüssigkeit, deren Niveau gemessen wird, den Zwischenraum zwischen den beiden Gliedern füllt und weil die Flüssigkeit dazu neigt, bei niedrigen Temperaturen dickflüssig zu werden, wodurch die gegenseitige Bewegung der beiden Glieder behindert wird. Das Festklebeproblem bei niedrigen Temperaturen kann durch Vergrößern des Abstands zwischen den beiden Gliedern teilweise vermindert werden. Aus dem vergrößerten Abstand ergeben : sich jedoch Nachteile. Z.B. wird die Genauigkeit des Sensors vermindert, da der größere Abstand einen größeren Spielraum '' für die Querbewegung zwischen den beiden Gliedern zuläßt, so daß die Wiederholbarkeit von Messungen beträchtlich vermindert wird. Auch erfordert der vergrößerte Abstand bei Sensoren mit Magneten und einem Magnetkreis einen viel stärkeren Magneten, wobei die Genauigkeit der Vorrichtung wegen der erhöhten Streuung des* Magnetfelds vermindert wird.

Die Erfindung ist auf einen Flüssigkeitsniveausensor gerichtet, der die oben aufgezählten Probleme vermindert. Bei der Erfindung ist ein Ring oder Ringmagnet koaxial zu einem geschlossenen aufrechten Zylinder angeordnet. Die gegenseitige Bewegung des Ringmagneten und des Zylinders ist eine Anzeige für das Niveau der Flüssigkeit, in der der Sensor eingetaucht ist. Innerhalb des Zylinders ist eine magnetische Anzeigeeinrichtung eingeschlossen, die ein für das Flüssigkeitsniveau repräsentatives Ausgangssignal erzeugt. Die Flüssigkeit, deren Niveau gemessen wird, wird am Eindringen in das Spiel zwischen dem Ringmagneten und dem Zylinder durch ein ; ferromagnetisches Fluid gehindert, das zum Auffüllen des ' j Zwischenraums verwendet wird. Da das Fluid ferromagnetisch ist, wird es im Zwischenraum zwischen den beiden Gliedern vom [

609836/0581

26η 1 r/9

Magnetfeld des Ringmagneten gehalten. Ein ferromagnetisches Fluid ist eine kolloidale Suspension von Ferritteilchen in einer geeigneten Trägerlösung. Die Trägerlösung ist in typischer Weise ein Dielektrikum, etwa Kerosen. Das Fluid wirkt demnach als hervorragendes Schmiermittel. Eine ins einzelne gehende Beschreibung derartiger Fluide findet sich in einem Artikel mit dem Titel "Magnetic Fluids" von R.E. Rosensweig, Seite 48 bis 56, .in International Science and Technology, Juli 1966. Der Zwischenraum zwischen dem Ringmagneten und . ₍ dem Zylinder kann sehr klein gehalten werden, da das ferromagnetische Fluid als Schmiermittel zwischen den beiden sich gegeneinander bewegenden Gliedern wirkt. Die Genauigkeit der Vorrichtung wird daher beträchtlich erhöht. Da das ferromagnetische Fluid so gewählt ist, daß es bei niedrigen Temperaturen eine angemessene Viskosität aufweist, wird auch das oben genannte Festklebeproblem völlig beseitigt. Ls ist jedoch zu beachten, daß das ferromagnetische Fluid nicht in dem Fluid löslich ist, dessen Niveau gemessen wird, oder nicht mit diesem Fluid reagiert.

Kurz zusammengefaßt ist die Erfindung auf einen ein ferromagnetisches Fluid verwendenden Flüssigkeitsniveausensor gerichtet. Die magnetischen Eigenschaften des Fluids werden in einem ein Ausgangssignal erzeugenden Magnetkreis verwendet und sind auch beim mechanischen Betrieb des Sensors von Nutzen. Die magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Fluids dienen daher beim erfindungsgemäßen Sensor einem zweifachen zweck.

Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur beschrieben.

Die in der Figur dargestellte bevorzugte Ausführungsform enthält ein geschlossenes zylindrisches Gehäuse 11, das in- ' nerhalb eines Rings oder Ringmagneten 12 koaxial angeordnet I ist. Das Gehäuse 11 und der Ringmagnet 12 können sich frei ' gegeneinander bewegen. Die gegenseitige Bewegung wird von

609836/0581

Flanschen 13 bzw. 14 begrenzt, die an den Enden des Gehäuses

11 angeordnet sind und das Gehäuse 11 innerhalb des Ringmagneten 12 halten.

Der Abstand zwischen dem Gehäuse 11 und dem Ringmagneten 12 ist mit einem ferromagnetisehen Fluid 21 gefüllt. Das Fluid 21 dient daher als Schmiermittel, um die gegenseitige Bewegung des Gehäuses 11 und des Ringmagneten 12 zu unterstützen, und verhindert auch eine Querbewegung der beiden Glieder, so daß die Genaugigkeit der Vorrichtung ziemlich hoch ist. Der Ringmagnet 12 ist ein Permanentmagnet. Das Fluid 21 wird daher innerhalb des Abstands vom Magnetfluß des Ringmagneten gehalten. Wenn eine gegenseitige Bewegung zwischen dem Ringmagneten 12 und dem Gehäuse 11 auftritt, bewegt sich demnach das ferromagnetische Fluid 21 zusammen mit dem Ringmagneten. : Ein ferromagnetisches Fluid ist bekanntlich eine kolloidale Suspension von submikronisehen Ferritteilchen in einer geeigneten Trägerlösung. Derartige Fluide verhalten sich unter allen Bedingungen wie Fluide an sich. Wegen der Ferritteilchen sprechen die ferromagnetisehen Fluide jedoch auf Magnetfelder an.

Im Gehäuse 11 ist eine Fühleinrichtung eingeschlossen, so daß die gegenseitige Lage des Ringmagneten 12 zum Gehäuse 11 abgefühlt wird. Die Fühleinrichtung kann beispielsweise eine Wicklung 16 enthalten, die koaxial innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet ist. Die Wicklung 11 ist mit drei Leitungen 17, 18 und 19 versehen. Zur Erzeugung eines Magnetfelds für die Wicklung 16 kann eine geeignete Wechselstrom- oder Gleichstromenergiequelle verwendet werden. Wenn sich der Ringmagnet ;

12 gegenüber dem Gehäuse 11 und der Wicklung 16 bewegt, wird demnach das Magnetfeld der Wicklung geändert. Diese Änderung · kann über die Leitungen 17, 18 und 19 ermittelt werden, was eine Anzeige für die gegenseitige Lage der beiden Glieder ergibt. Beispielsweise kann die Leitung 19, die eine mittige

609836/0581

Anzapfung der Wicklung 16 darstellt, geerdet sein. Wenn der Ringmagnet 12 seine Lage gegenüber der geerdeten Leitung verändert, ist folglich die Polarität oder die Größe des über die Leitungen 18 und 19 vorhandenen Signals demnach ein Maß für den Ort des Ringmagneten 12 gegenüber der mittigen Anzapfung 19.

Die Leitungen 17, 18 und 19 können an jede geeignete Ermittlungsschaltung angeschlossen werden, etwa an Differenzumformer oder ein Brückennetzwerk, um unmittelbar die Lage des Ringmagneten 12 gegenüber der mittigen Anzapfung 19 anzugeben. Bei Bedarf kann auch eine weitere magnetische Ermittlungseinrichtung verwendet werden, beispielsweise magnetisch ansprechende Zungenschalter, Halleffekt-Schalter und weitere anzeigende Einrichtungen.

Im Betrieb ist der gesamte Sensor in der Flüssigkeit untergetaucht, deren Niveau gemessen werden soll. Es ist entweder das Gehäuse 11 oder der Ringmagnet 12 dauernd im Flüssigkeitsbehälter befestigt, so daß zwischen den. festgelegten Glied und dem Flüssigkeitsbehälter keine gegenseitige Bewegung auftreten kann. Das andere Glied kann sich frei gegenüber dem festgelegten Glied bewegen und schwimmt in der Flüssigkeit entsprechend deren Niveau. Beispielsweise kann sich das Gehäuse 11 frei geradlinig gegenüber dem Ringmagneten 12 bewegen, wenn der Ringmagnet 12 im Flüssigkeitsbehälter festgelegt ist. Demnach bestimmt das Flüssigkeitsniveau die Lage des Gehäuses 11 gegenüber dem Ringmagneten 12, wobei diese Lage eine unmittelbare Angabe für das Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitsbehälter ist. Wenn sich das Flüssigkeitsniveau verändert, ändert sich die gegenseitige Lage des Gehäuses 11 und des Ringmagneten 12, wodurch das Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitsbehälter unmittelbar angezeigt wird.

609836/0 5 81

-G-

Wegen der magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Fluiat, 21 im Abstand zwischen dem Gehäuse 11 und dem Ringmagneten Iz bewegt sich das Fluid 21 bei einer gegenseitigen bewegung der beiden Glieder mit dem Ringmagneten 12, wodurch es innerhalb des Abstands verbleibt. Das Vorhandensein des ferromagnetischen Fluids innerhalb des Abstands verhindert das Lintreten der Flüssigkeit, deren Niveau gemessen wird, in den Zwischenraum, so daß das Festklebeproblem bei durch temperaturveränderungsbedingten ViskositätsVeränderungen im wesentlichen beseitigt ist. Wegen des Vorhandenseins des Fluids 21 kann auch der Abstand verhältnismäßig klein gemacht werden, so daß die gegenseitige Querbewegung des Gehäuses 11 des Ringmagneten 12 wesentlich vermindert ist und eine stark verbesserte Wiederholbarkeit von Messungen erzielt wird.

60983S/0581

Claims

zo.. 1279

Patentansprüche

*' l}¹) Flüssigkeitsniveausensor mit einem Magneten, mit einem Gehäuse, wobei der Magnet und das Gehäuse so angeordnet sind, daß sie mit Spiel gegeneinander bewegbar sind, und mit einer vom Gehäuse getragenen Fühleinrichtung, die ein für die gegenseitige Lage des Gehäuses und des Magneten repräsentatives Signal liefert, dadurch gekennzeichnet , daß sich im Spiel ein ferromagnetisches Fluid befindet, das vom Magnetfeld des Magneten (12) festgehalten wird.
2.. Flüssigkeitsniveausensor, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) zylindrisch ist, und daß der Magnet (12) ein in der Weise koaxial zum Gehäuse (11) angeordneter Ring ist, daß eine gegenseitige Bewegung des Gehäuses (11) und des Magneten (12) entlang der Längsachse des Gehäuses (11) stattfindet.
3. Flüssigkeitsniveausensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (16-19) eine in der Weise koaxial zum Gehäuse (11) angeordnete Wicklung

(16) aufweist, daß eine gegenseitige Bewegung des Gehäuses (11) und des Magneten (12) die magnetischen Eigenschaften der Wicklung (11) zur Lieferung eines für die gegenseitige Bewegung repräsentativen Ausgangssignals verändert.
4. Flüssigkeitsniveausensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (16) eine mittige geerdete Anzapfung aufweist.
5. Flüssigkeitsniveausensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (16-19)einen vom Magnetfeld abhängigen Schalter aufweist.

809836/0581

Leerseite