DE2630789A1

DE2630789A1 - Measurement of liq. level in container - uses float with magnetic follower in gas filled tube defining end point of measured optical path

Info

Publication number: DE2630789A1
Application number: DE19762630789
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ITO PATENT AG
Current assignee: Frey Helmut Drjur 8000 Muenchen De
Priority date: 1976-07-08
Filing date: 1976-07-08
Publication date: 1978-01-12

Abstract

The appts. for determining the level of liquid in a container includes a vertical gas filled tube provided in the container. The tube is surrounded by a magnetic float. A magnetic follower in the tube follows the vertical position of the magnet float, and serves as the termination point of an optical measuring path between a light source and a detector. An optical reference path also extends from the light source to a second mirror which may be mounted at a fixed point in the container kor on the opposite side of the follower. The system incorporates means for determining the difference in propagation time of light in the two optical paths.

Description

Verfahren zur Messung des Füllstandes in BehälternProcedure for measuring the level in containers

und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Füllstandes in Behältern mittels elektro-optischer Entfernungsmessung nach dem Rückstrahlprinzip und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.and arrangement for carrying out the method. The invention relates refers to a method for measuring the level in containers by means of electro-optical Distance measurement according to the reflection principle and an arrangement for implementation of the procedure.

Verfahren zur Füllstandsmessung in Behalter sind in zahlreichen Varianten bekannt. So ist bereits aus der Deutschen Auslegeschrift 1 075 852 ein Meßgerät bekannt, bei dem der Füllstand mit Hilfe der Augen durch Vergleich von zwei reflektierten Strahlen und damit auf Deck.ngsgleichheit der zwei Bilder - infolge mechanischer Verstellung des Spiegelwinkels an einer Skala - ermitte; wird.There are numerous variants of methods for level measurement in containers known. The German Auslegeschrift 1 075 852 already describes a measuring device known, at which the level is reflected with the help of the eyes by comparing two Rays and thus the two images are identical on deck - as a result of mechanical Adjustment of the mirror angle on a scale center; will.

Aus der Deutschen Auslegeschrift 1 175 514 ist ein Ve>-fahren bekanntgeworden, bei dem abhängig vom Fullslar,;-aus einem lichtleitenden Körper Licht in die Flüssig.=eit ausgeleitet wird. Die oben wieder austretende Lichtmenge stellt ein Maß für den Füllstand dar.A Ve> method has become known from the German Auslegeschrift 1 175 514, in which, depending on the fullslar,; - light into the liquid from a light-conducting body. = eit is diverted. The amount of light emerging again at the top is a measure of the Level.

Beide vorgenannten Anordnungen sind nicht universell einsetzbar und nicht in der Lage, auf einen Millimeter genau zu messen.Both of the aforementioned arrangements cannot be used universally and unable to measure to within a millimeter.

Durch die Deutsche Offenlegungsschrift 2 208 931 ist ein elektro-optischer Anzeiger für die Feststellung des Niveaus in Behältern bekanntgeworden, der ein Meßinstrument sowie Mittel zur Steuerung des das Instrument durch laufenden Stromes in Abhängigkeit vom Niveau der im Behälter enthaltenen Flüssigkeit besitzt und diese Stuerungsmittel eine Lichtquelle mit konstantem Lichtstrom und ein lichtempfindliches Element aufweisen, das von der Lichtquelie über ein Bündel optischer Fasern beeinflußt wird, wobei der auf das lichtempfindliche Element einfallende und das Bündel optischer Fasern durchlaufende Lichtstrom von einem Geber für das Niveau der im Behälter enthaltenen Flüssigkeit gesteuert wird.By the German Offenlegungsschrift 2 208 931 is an electro-optical Indicator for the determination of the level in containers became known that a Measuring instrument and means for controlling the current flowing through the instrument depending on the level of the liquid contained in the container and this Control means a light source with constant luminous flux and a Have photosensitive element that is from the light source via a bundle of optical Fibers is affected, the incident on the photosensitive element and luminous flux passing through the bundle of optical fibers from a transmitter for the The level of the liquid contained in the container is controlled.

Auch mit dieser Anordnung ist es nicht möglich, auf 1mm genau zu messen, weil die vom Gerät und von den Umweltbedingungen her auftretenden Fehlergrößen nicht eliminiert werden können.Even with this arrangement it is not possible to measure to an accuracy of 1mm, because the error sizes arising from the device and the environmental conditions are not can be eliminated.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 2 235 329 ist eine Anordnung zur genauen Pegelmessung bekanntgeworden, bei der einem opto-elektronischen Meßgerät mit einem digitalen Datenausgang ein geschlossenes, mit Schutzgas gefülltes Meßrohr, dessen eine Teil in den Behälter eingeführt und kraftschlüssig mit dem Deckelelement so verbunden ist, daß die restlichen Teile des Rohres außerhalb des Behälters in zwei Achsen Freiheitsgrade besitzen und ein flacher Ringschwimmer mit Dauemnagneen um den im Behälter befindlichen Meßrohrteil angeordnet ist und ein kugelgelagerter Meßwertanzeiger mit in der Mitte befindlichem pyramidenförmigen Reflektor von dem im Innern des Rohres durch den Ringschwimmier aufgebauten Magnetfeld getragen wird.An arrangement is from German Offenlegungsschrift 2 235 329 for precise level measurement became known in the case of an opto-electronic measuring device with a digital data output a closed measuring tube filled with protective gas, one part of which is introduced into the container and frictionally connected to the cover element is connected so that the remaining parts of the pipe outside the container in have two axes of freedom and a flat ring float with permanent magnets 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 of the inside the tube is carried by the magnetic field built up by the ring float.

Abgesehen von dem gerätemäßigen Aufwand, der wegen der vielen Ein- und Ausgänge sehr hoch ist, werden bei dieser bekannten Meßanordnung Störeinflüsse, die durch die Umgebungsbedingungen auftreten und eine Verfälschung der Messung hervorrufen, nicht vollständig eleminiert. Ein wesentlicher Nachteil ist, daß der notwendige Bezugspunkt am Tankboden für die Pegelmessuno kaum stabil zu halten ist. Ferner muß das Meßgerät selbst lagemäßig ganz genau festgelegt und einjustiert werden, weil jede Veränderung der Gesamtmeßstrecke vom Meßgerät bis zum Reflektor in das Meßergebnis voll eingeht und entsprechend berücksichtigt werden muß.Apart from the complexity of the equipment, which is due to the many and outputs is very high, with this known measuring arrangement, interfering influences, which occur due to the ambient conditions and cause a falsification of the measurement, not completely eliminated. A major disadvantage is that the necessary The reference point on the bottom of the tank for the level measurement can hardly be kept stable. Further the measuring device itself must be precisely defined and adjusted in terms of position, because every change the total measuring distance from the measuring device to Reflector is fully included in the measurement result and must be taken into account accordingly got to.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit.dem der Füllstand in Behältern auf 1 mm genau gemessen werden kann, ohne daß hierzu ein großer geräte- und verfahrensmäßiger Aufwand getrieben werden muß und gleichzeitig alle das Meßergebnis verfälschenden Einflüsse eliminiert werden.The invention is now based on the object of developing a method mit.dem the level in containers can be measured with an accuracy of 1 mm without this requires a great effort in terms of equipment and procedures and at the same time, all influences falsifying the measurement result are eliminated.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Lichtweg zwischen Sender und Pegel geber grundsätzlich in eine oder mehrere Referenzwege und eine Meßstrecke zerlegt wird, wenn der Lichtweg entweder durch mehrere Medien führt, oder wenn nur ein Medium vorhanden ist, seine Richtung ändert, wobei entweder mehrere Meßstrahlen die Referenzwege nacheinander bzw. parallel durchlaufen bzw. messen, oder ein aufgeteilter Meßstrahl den Referenzweg oder die Referenzwege vermißt, jedoch immer ein Meßstrahl, gegebenenfalls als einzig vorhandener, bzw. ein Teilstrahl Referenzweg plus Meßstrecke erfaßt und der Llchtweg bzw. die Lichtwege mindestens teilweise durch einen Lichtleiter - wie beispielsweise Lichtleitfasern oder Rohrsysteme mit Spiegeln und/oder Linsen -führen bzw. durch Lichtleitanordnungen - wie beispielsweise Spiegel, brechende Medien etc. - in ihrer Richtung verändert werden.This object is achieved in that the light path between the transmitter and level transmitter basically in one or more reference paths and a measuring section is decomposed if the light path either leads through several media, or if only a medium is present, its direction changes, with either several measuring beams run through or measure the reference paths one after the other or in parallel, or a divided one Measuring beam measures the reference path or paths, but always a measuring beam, possibly as the only existing or a partial beam reference path plus measuring section detected and the light path or the light paths at least partially through a light guide - such as optical fibers or pipe systems with mirrors and / or lenses -guide or through light guide arrangements - such as mirrors, refractive Media etc. - are changed in their direction.

Durch diese Maßnahmen werden nun eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik erzielt, so ist z. B. die Aufstellung bzw. der Aufstellungsort des Meß- und Auswertegerätes im Rahmen seiner Reichweite völlig unabhängig vom Ort des zu vermessenden Pegels geworden. Es ist ferner keinerlei diesbezügliche Justierung mehr erforderlich, der Montageaufwand ist wesentlich reduziert und außerdem können mehrere Behälter von einem einzigen Meß- und Auswerteger2t erfaßt werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des vorgeschlagenen Verfahrens beträchtlich erhöht wird.These measures are now compared to a number of advantages the previously known prior art is achieved, for. B. the installation or the installation site of the measuring and evaluation device completely within its range become independent of the location of the level to be measured. Furthermore, it is not related adjustment more required, the assembly effort is significantly reduced and also can have multiple containers from a single one Measuring and evaluation device are recorded, whereby the economic efficiency of the proposed Procedure is increased considerably.

Ferner wird vorgeschlagen, daß mit Hilfe von zwei Meßstrahlen, von denen der eine den Referenzweg, der zweite den Referenzweg und die Meßstrecke enthält, durch Differenzbildung alle Strecken bis auf die reine Meßstrecke eliminiert werden.It is also proposed that with the help of two measuring beams of one of which contains the reference path, the second the reference path and the measuring section, by forming the difference, all sections except for the pure measuring section can be eliminated.

Hierdurch ist ein Verfahren und - wie nachfolgend noch beschrieben -- eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen, bei dem die Veränderungen des Lichtweges durch Umwelteinflüsse generell und einfach, dv .This creates a method and - as will be described below - An arrangement for the implementation of the procedure was created in which the changes of the light path through environmental influences in general and simple, dv.

mit geringem verfahrens- una gercitemßigem Aufwand, ausgeschaltet werden.with little procedural and unadulterated effort, switched off will.

Außerdem sieht die Erfindung vor; daß von einem oder mehreren definierten Punkten außerhalb des Behälters ein oder mehrere Meßstrahlen über ein oder mehrere Meßstrecken zu einem oder mehreren Reflektoren an der Behälteraußenseite gesendet werden.The invention also provides; that defined by one or more Points outside of the container one or more measuring beams over one or more Measurement sections sent to one or more reflectors on the outside of the container will.

Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur die wesentlichen Einflüsse, die eine Behälterverformung und damit eine Volumenänderung bewirken, pauschal zu berücksiontigen, sondern im Zusammenwirken mit der Pegelmessung und einer Temperaturmessung getrennt und quantitativ zu erfassen.In this way it is possible not only to identify the essential influences, that cause a deformation of the container and thus a change in volume take into account, but in conjunction with the level measurement and a temperature measurement to be recorded separately and quantitatively.

Die Ausbildung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens geht aus den Ansprüchen und der Beschreibung der verschieaenen Ausführungsformen hervor.The formation of the arrangement for carrying out the method goes from the claims and the description of the various embodiments.

Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und dessen einzelnen Varianten beschri ben und gezeichnet.The invention is based on an exemplary embodiment and its individual variants described and drawn.

Es zeigen: Fig. 1a ein Blockschaltbild des vorgeschlagenen Verfahrens mit Lichtleitanordnung mittels Spiegel Fig. 1b ein Blockschaltbild mit Lichtleitfasern Fig. 2 den kompletten Aufbau des beschriebenen Ausführungsbeispiels in schematischer Darstellung Fig. 3 einen Querschnitt durch das Meßrohr mit Schwimmersystem und Pegelgeber Fig. 4 einen Querschnitt durch das Meßrohr mit optischen System zur Ein- und Auskopplung des Meßstrahls Fig. 5 die Anordnung des Meßrohres als Doppelrohr am Behälterboden mit Schwimmer und Pegelgeber sowie Lichtleitfasern Fig. 6 die Anordnung des Meßrohres am Behalterboden mit Schwimmer und Pegelgeber sowie Lichtleitfasern Fig. 7 die Anordnung des Meßrohres am Behälterdeckel mit Schwimmer und Pegelgeber sowie Lichtleitfasern Fig. 8 die Anordnung des Meßrohres am Behälterdeckel mit Schwimmer und Pegelgeber sowie Lichtleiteinrichtungen Die Fig. la, b zeigt das prinzipielle Verfahren der ,5eßwertgewinnung durch Differenzbildung.The figures show: FIG. 1a a block diagram of the proposed method with light guide arrangement by means of a mirror Fig. 1b is a block diagram with optical fibers Fig. 2 shows the complete structure of the described embodiment in a schematic Representation Fig. 3 shows a cross section through the measuring tube with float system and level transmitter 4 shows a cross section through the measuring tube with an optical system for coupling in and out of the measuring beam Fig. 5 shows the arrangement of the measuring tube as a double tube on the container bottom with float and level transmitter as well as optical fibers Fig. 6 shows the arrangement of the measuring tube on the bottom of the container with float and level transmitter and optical fibers Fig. 7 shows the arrangement of the measuring tube on the container lid with float and level transmitter as well as optical fibers 8 shows the arrangement of the measuring tube on the container cover with float and level transmitter as well as light guide devices Fig. la, b shows the basic method of , 5 measured value acquisition by subtraction.

In Fig. 2 ist das komplette Meßsystem am BeispIel eines Behälterlagers, wie solche in Raffinerien, Umschlaghäfen etc. anzutreffen sind, zu sehen. Als Hauptbestandteile der Gesamtanordnung dienen die jeweilige Meßanordnung an jeden einzelnen der Behälter, die Lichtleiter zur Führung der ausgesendeten Licht strahlen una das zentrale E..tEernungsmeß- und Auswertegerät.In Fig. 2 the complete measuring system is shown on the example of a container store, how they can be found in refineries, transshipment ports, etc. As the main ingredients the overall arrangement is based on the respective measuring arrangement on each of the containers, the light guides for guiding the emitted light shine una the central distance measuring and evaluation device.

Die optische Meßanordnung im Behälter besteht aus einem nichtmagnetischen geschlossenen Rohr 8, das mit dem stabilsten Punkt der Bodenregion 20, d. h. mit dem Punkt, der den geringsten Lageänderungen unterworfen ist, fest verbunden ist. Vorzugsweise wird dieser Punkt am Tankboden oder am unteren Ende der Behalter.zand zu finden sein. Auf diese Art wird ein absoluter Nullpunkt für die Pegelmessung geschaffen, durch den eine exakte Korrektur der anderen Einflußgrößen überhaupt erst möglich wird.The optical measuring arrangement in the container consists of a non-magnetic one closed pipe 8 connected to the most stable point of the ground region 20, i.e. H. with is firmly connected to the point that is subject to the slightest changes in position. This point is preferably at the bottom of the tank or at the lower end of the Behalter.zand to be found. In this way there is an absolute zero point for the level measurement created through which an exact correction of the other influencing variables in general only becomes possible.

Das Rohr 8 wird vorzugsweise nicht aus dem Behälterdeckel herausgeführt, um ein Verspannen des Deckels mit dem Meßrohr auszuschließen und außerdem die Möglichkeit zu schaffen, den Behälter vollkozzen luftdicht abzuschließen.The tube 8 is preferably not led out of the container lid, to exclude tension between the cover and the measuring tube and also the possibility to create airtight seal the container vollkozzen.

Das nichtmagnetische Außenrohr 8 enthält ein dünnes Kunststoffrohr 9, das an seinem unteren Ende in einen Block 10 mündet, der ein optisches System 1,, 12, z. B.The non-magnetic outer pipe 8 contains a thin plastic pipe 9, which opens at its lower end in a block 10, which has an optical system 1 ,, 12, e.g. B.

Spiegel- oder Cassegrainsystem, trägt. Die Aufgabe dieses Systems ist es, das Licht einer angeschlossenen Lichtleitfaser 13 systemgerecht aus- und reflektiertes Licht in sie einzukoppeln. An diesem Block 10 endet eine zweite am Abschluß verspiegelte Lichtleitfaser 14 als Referenzfaser. Aufgrund der hohen Meßgenauigkeit und der damit verbundenen extremen Grenzfrequenzen werden entweder Monomode- oder solche Fasern verwendet, bei denen die Licht geschwindigkeit in Leiterachsenrichtung weitgehend unabgängig vom Einkopplungswinkel ist.Die vichtleitfasern 13,14 werden über ein luftdicht abschließbares Deckelelement 22 in das Tankinnere in Form einer Ausdehnungsschleife 19 geleitet.Spiegel or Cassegrain system. The task of this system is to turn the light from a connected optical fiber 13 off and on in accordance with the system to couple reflected light into them. At this block 10 ends a second on Finish mirrored optical fiber 14 as a reference fiber. Due to the high measurement accuracy and the associated extreme cut-off frequencies are either single-mode or such fibers are used in which the light speed in the direction of the axis of the conductor is largely independent of the coupling angle. The fiber optic fibers 13, 14 are Via an airtight sealable cover element 22 into the interior of the tank in the form of a Expansion loop 19 passed.

Zur Markierung des Füllstandes bzw. Pegels 24 in Behälter 28 ist ein Ringschwimmer 4 frei beweglich entlang dem äußeren Rohr 8 angeordnet. Dieser Schwimmer enthält starke Magnetevorzugsweise auf der Basis seltener Erden hergestellt, die wiederum einen Schwebekörper 3a im inneren Rohrelement 9, das entsprechend angeordnete Magnete 5a besitzt und ein Stabilisierungsgewicht 5b aufweist, in einer mit dem Füllstandspegel in ursächlichem Zusammenhang stehenden Lage halten.To mark the fill level or level 24 in container 28 is a Ring float 4 is arranged to be freely movable along the outer tube 8. This swimmer contains strong magnets, preferably made on the basis of rare earths, the again a float 3a in the inner tubular element 9, the correspondingly arranged Has magnets 5a and a stabilizing weight 5b in one with the Keep the level level in a causally related position.

Zur Kennzeichnung dieser Lage trägt der Schwebekörper 3a einen Reflektor 7, der die aus dem optischen System kommenden Lichtstrahlen 16 zurückwirft. Die reflektierten Strahlen 17 laufen durch den Lichtleiter 13 zum zentralen Meß- und Auswertgerät 2, wo in an sich bekannter Weise die doppelte Entfernung zwischcn Meßgerät und Reflektor gemessen wird. Da aber nur die Pegelhöhe 24, 54 im Behälter 23, 58 interessiert, wird in einem parallelen zweiten Lichtleiter 14 die doppelte Strecke zwischen Meßgerät 2 und optischem System 11 als Referenzstrecke getrennt gemessen und vom ersten Lichtweg subtrahiert. Die Differenz gibt unmittelbar die doppelte Pegelhöhe, bezogen auf den Fußpunkt ds iAe,3-rohres, an.To identify this position, the float 3a carries a reflector 7, which reflects the light rays 16 coming from the optical system. the reflected rays 17 run through the light guide 13 to the central measuring and Evaluation device 2, where, in a manner known per se, double the distance between the measuring device and reflector is measured. But since only the level height 24, 54 in the container 23, 58 interested, twice the distance is in a parallel second light guide 14 measured separately between measuring device 2 and optical system 11 as a reference distance and subtracted from the first light path. The difference is immediately double Level, based on the base point of the iAe, 3-pipe.

Die vorbeschriebene Anordnung der Lichtwege 13, 14 besitzt den großen Vorteil, daß alle Einflüsse, denen die Lichtleiter unterworfen sind, wie beispielsweise Länyenänderungen durch Temperatureinflüsse, durch Subtraktion eliminiert werden können. Darüber hinaus haben Lageveränderungen. des Meßgerätes keinerlei Einfluß auf die Meßgröße. Allerdings gibt die gemessene Pegelhöhe noch keinen Aufschluß über den wahren Tankinhalt, da es Einflußgrößen gibt, die die Berechnung des Volumens mit Hilfe der vorbeschriebenen Pegelmessung verfälschen. Das sind u. a. die Verformung des Behälters durch den hydrostatischen Druck, durch Temperaturausdehnung und durch die Behälterdeckelbelastung, wie beispielsweise Schr.eelast. Jede dieser Größen (allein oder in Kombination; ruft eine Tankausbeulung nach einer charakteristischen, d. h. theoretisch erfaßbaren Funktion hervor. Zur exakten Berechnung des Behältervolumens ist deshalb deren Kenntnis sowie die der Größe der verursachenden Störungen unbedingt erforderlich.The above-described arrangement of the light paths 13, 14 has the large Advantage that all influences to which the light guides are subjected, such as Changes in length due to temperature influences can be eliminated by subtraction can. They also have changes in location. of the measuring device has no influence on the measurand. However, the level measured does not yet provide any information about the true tank content, as there are influencing factors that influence the calculation of the volume falsify it with the aid of the level measurement described above. These are, among others. the deformation of the tank by the hydrostatic Pressure, due to temperature expansion and by the container lid loading, such as Schr.eelast. Any of these Sizes (alone or in combination; calls a tank bulge after a characteristic, d. H. theoretically detectable function. For the exact calculation of the container volume It is therefore essential to know them and to know the size of the causing disturbances necessary.

Im vorliegenden Fall geschieht die Ermittlung der Störgrößen durch die Messung der Gesamtausbeulung des Tanks bezogen auf Nullzustände an einer Stelle mittels eines zusätzlichen optischen Teilsystems 31, das durch Lichtleitfasern mit dem Meßgerät 2 in der Warte 1 verbunden ist. Über die Pegelhöhe läßt sich die Ausbeulunysverteilung durch den hydrostatischen Druck berechnen.In the present case, the disturbance variables are determined by the measurement of the total bulging of the tank in relation to zero states at one point by means of an additional optical subsystem 31, which by optical fibers with the measuring device 2 in the control room 1 is connected. The bulging distribution can be determined via the level height calculate by the hydrostatic pressure.

Eine Temperaturmessung am bzw. im Behälter 28, 58 gibt Aufschluß über die Größe der Temperaturausdehnung in mehreren Achsen. Die Verformung durch die Deckelbelastung ergibt sich schließlich aus Gesamtausbeulung und den beiden anderen Verteilungen. Die Temperaturmessung kann durch eine zusätzliche Messung der Ausbeulung an einer zweiten Stelle der Behälteraußenwand 30, 60 ersetzt werden. Da auch von anderen Behältern 58 Lichtleiter 43, 44 zum zentralen Meßgerät 2 kommen, ist diesem eine Verteiler- bzw. Lichtleit- und -auskoppelvorrichtung 4d vorgeschaltet. Hierbei wird zwischen zwei Varianten unterschieden. Bei Variante B sind dem Meßgerät 2 der Behälteranzahl entsprechende Zahl Lichtleiter 13, 14, 43, 44 ... als Signalein- und -ausgänge fugeordnet. Dagegen enthält das Meßgerät 2 unter Variante C nur 1 Ein- bzw.A temperature measurement on or in the container 28, 58 provides information the size of the temperature expansion in several axes. The deformation caused by the The load on the lid ultimately results from the total bulge and the other two Distributions. The temperature can be measured by an additional measurement of the bulge be replaced at a second point on the container outer wall 30, 60. Since also from other containers 58 light guide 43, 44 come to the central measuring device 2 is this a distributor or light guide and decoupling device 4d is connected upstream. Here a distinction is made between two variants. In variant B the measuring device 2 are the Number of containers corresponding number of light guides 13, 14, 43, 44 ... as signal input and outputs arranged. In contrast, the measuring device 2 under variant C contains only 1 One or

Ausgang 2a, der mittels einer Lichtweiche 40 mit den entsprechenden Lichtleitern 13, 14, 43, 44. ... zu den Be-.Output 2a, which by means of a light switch 40 with the corresponding Light guides 13, 14, 43, 44 ... to the loading.

hältern 28, 58 jeweils partiell gekoppelt ist.holders 28, 58 are each partially coupled.

Die Fig. 3 zeigt als Detail das Schwimmersystem. Es setzt sich aus einem Ringschwimmer 4 und einem Schwebekörper 3 mit Reflektor 7 zusammen. Der Ringschwimmer 4 besteht aus einem Material kleiner Wichte. Er ist im Hinblick auf Wellenbewegungen des Flüssiskeitsspiegels2Z"5s"7.^" entlang des Außenrohrs frei beweglich. Aufgrund des geringen spezifischen Gewichtes ( < 1) des Materials taucht der Schwimmer nur sehr wenig ein, er liegt quasi auf der Flüssigkeit, womit sich Dichteschwankungen infolge Temperaturänderungen nur sehr gering, maximal aber innerhalb der angestrebten Meßgenauigkeit, auf die 11höhenlage des Reflektors auswirken. Die starken Magnete 6 im Schwimmer 4 bauen ein Magnetfeld derart auf, daß es in die Lücke der Magnetfelder der beiden Permanentmagnete 5aim Schwebekörper 3 hineingreift und diesen arretiert. Dabei ist wesentlich, daß sich nur die gleichnamigen Pole der drei Magnete gegenüberstehen.3 shows the float system as a detail. It is made up a ring float 4 and a float 3 with reflector 7 together. The ring swimmer 4th consists of a material with a small weight. He is in view on the undulations of the liquid level 2Z "5s" 7. ^ "along the outer tube movable. Due to the low specific weight (<1) of the material the swimmer is only immersed very little, it is practically lying on the liquid, with which Density fluctuations due to temperature changes are only very small, but at most within the desired measuring accuracy, affect the height of the reflector. The strong magnets 6 in the float 4 build a magnetic field in such a way that it is in the gap between the magnetic fields of the two permanent magnets 5a in the float 3 engages and this locked. It is essential that only the poles of the same name are located of three magnets facing each other.

Der Reflektor 7 markiert die Höhe des Schwebekörpers 3ã und damit die des Flüssigkeitspegels, die mit Hilfe der gemessenen Phasendifferenz zwischen vom Pegelgeber reflektierten Lichtstrahl und Referenzstrahl im optoelektronischen Meßgerät z. B. von letzterem errechnet wird. Ein Stabilisierungskörper 5b sorgt dafür, daß die Lage der Pole zueinander erhalten bleibt.The reflector 7 marks the height of the float 3ã and thus that of the liquid level, which is determined with the help of the measured phase difference between The light beam reflected by the level transmitter and the reference beam in the optoelectronic Measuring device z. B. is calculated from the latter. A stabilizing body 5b provides for the fact that the position of the poles to one another is maintained.

Bisher bekannte Magnetschwimmer (Deutsche Auslegeschrift 1 139 660) weisen insofern Nachteile auf, daß durch die Anordnung der Schwimmermagnete sich das Magnetfeld in Richtung des Schwebeköipers im Rohr zwangsläufig nicht stark ausbildet, weil sich im Schwimmer ungleichnamige Pole gegenüberstehen. Das Festhalten des Schwebekörpers - der auch Permanentmagnete trägt - geschieht abstoßend. Die Gleichgewichtslage ist nur in sehr begrenztem Bereich gegeben. Auftretende Kippmomente werden durch eine zusätzliche Führungsstange in der Mitte des Rohres kompensiert. Damit wird aber eine optische Messung innerhalb des Rohres zumindest sehr erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht. Ein kaum zu kompensierender Nachteil ist in der zwangsläufigen Dicke des Ringschwimmers, die durch die Magnetanordnung hervorgerufen wird, zu sehen, weil wegen des geforderten geringen Gewichts hier unzweckmäßig der Ringschwimmer anstelle des kleinen Schwebekörpers dick ausgeführt wird.Previously known magnetic swimmers (German Auslegeschrift 1 139 660) thus have disadvantages that the arrangement of the float magnets the magnetic field in the direction of the floating point in the pipe inevitably does not develop strongly, because opposite poles face each other in the swimmer. Holding on to the float - which also carries permanent magnets - happens repulsively. The equilibrium position is only given in a very limited area. Occurring tilting moments are through an additional guide rod in the middle of the pipe compensates. So that will but an optical measurement inside the pipe is at least very difficult, if not made impossible. A disadvantage that can hardly be compensated is the inevitable To see the thickness of the ring float caused by the magnet arrangement, because because of the required low weight, the ring swimmer is inexpedient here is made thick instead of the small float.

Das vorgeschlagene Schwimmersystem beseitigt alle diese Nachteile. Die beschriebene Ausführung arbeitet gegenüber solchen, die den Stand der Technik repräsentieren, nahezu reibungsfrei. Der dünne, leichte Ringscnwilmmer besitzt optimale Beweglichkeit, was hinsichtlich der eindeutigen Meßwerterfassung wesentlich ist. Der Schwebekörper ist durch seine beiden Ringfeder sehr eng mit dem Ringschwimumer gekoppelt. Mögliche Schwingungen oder Auslenkunyen des Schwebetörpers infolge seiner Feldcharakteristik werden durch einen Stabilisierungskörper gedämpft.The proposed float system eliminates all of these disadvantages. The embodiment described works against those that represent the state of the art represent, almost frictionless. The thin, light ring-shaped head has optimal Mobility, which is essential with regard to the clear recording of measured values. The float is very close to the ring float due to its two ring springs coupled. Possible vibrations or Auslenkunyen of the float as a result of it Field characteristics are dampened by a stabilizing body.

In Fig. 4 ist das optische System als Cassegrainsystem gezeichnet. Es befindet sich in Blockform auf einer Konsole 15 über dem Rohrboden. Zum Spiegelsystem, ein großer Parabolspiegel 11 und ein kleiner 12 in dessen Brennpunkt, führen zwei Lichtleitfasern 13, 14, dessen eine 14 am Blockausgang verspiegelt ist und dort den Referenzstrahl vollkommen reflektiert. Der Meßstrahl in der zweiten Faser 13 wird auf den kleinen Spiegel 12 gerichtet und von diesem aufgeweitet über den Parabolspiegel 11 zum Pegelgeber 3 geworfen. Das Cassegrainsystem dient also zum systemgerechten Ein- und Auskoppeln des Meßlichtstrahles.In Fig. 4 the optical system is drawn as a Cassegrain system. It is located in block form on a console 15 above the tube sheet. To the mirror system, a large parabolic mirror 11 and a small one 12 in its focal point lead two Optical fibers 13, 14, one of which 14 is mirrored at the block exit and there completely reflects the reference beam. The measuring beam in the second fiber 13 is directed at the small mirror 12 and expanded by this via the parabolic mirror 11 thrown to level transmitter 3. The Cassegrain system thus serves for system-compatible Coupling and uncoupling of the measuring light beam.

In Fig. 5 ist ein Doppelrohr 71, 72 zu sehen, das entweder am Tankboden 77 oder an definierter Steile nahe des Bodens angebracht ist. Meß- und Referenzstrahl werden über Lichtleitfasern geführt, die jeweils an dem oberen Rohrende ggeschlossen sind. Die Licht-16a, 17a strahlen 16, 17, durchlaufen das gasgefüllte Rohr 71, 72 über Umlenkspiegel 73 und fallen von beiden Seiten auf den Pegelgeber 3b mit Retroreflektoren. Durch Subtraktion der beiden Lichtwege vom Meßgerät 2 zu beiden Retroreflektoren ergibt sich die Meßstrecke als doppelte Pegelhöhe plus der Rohrquerverbindungen 72a. Anstelle der Lichtleitfasern können natürlich auch Lichtleiteinrichtungen verwendet werden.In Fig. 5, a double pipe 71, 72 can be seen, which is either on the tank bottom 77 or close to a defined slope of the floor is attached. Measuring and reference beam are guided via optical fibers, each on the upper Pipe ends are closed. The light 16a, 17a emit 16, 17, go through that gas-filled tube 71, 72 via deflection mirror 73 and fall from both sides on the Level transmitter 3b with retroreflectors. By subtracting the two light paths from the meter 2 for both retroreflectors, the measuring section results as double the level plus of the pipe cross connections 72a. Instead of the optical fibers can of course also Light guide devices are used.

Alle bis jetzt beschriebenen Anordnungen erreichen in bezug auf Meßeindeutigkeit und Eliminierung der Umwelteinflüsse einwandfreie Pegelwerte. Sie sind deshalb universell einsetzbar, also auch bei Behältern, die ein schwimmendes Dach 23 besitzen, weil die Wärmeausdehnung des Meßrohres bzw. der Rohre über dem Dach durch Subtraktion in den Pegelwert nicht eingeht.All of the arrangements described so far achieve uniqueness in terms of measurement and elimination of environmental influences flawless level values. They are therefore universal can be used, also for containers that have a floating roof 23 because the thermal expansion of the measuring tube or the tubes above the roof by subtraction is not included in the level value.

Die nachfolgend beschriebenen Anordnungen garantieren exakte Pegelwerte nicht. Man wird sie nur dann einsetzen, wenn entweder die Meßgenauigkeit keine große Rolle spielt oder keine anderen Anordnungen verendet werden können.The arrangements described below guarantee exact level values not. They will only be used if either the measurement accuracy is not great Plays a role or no other arrangements can be used.

In Fig. 6 wird eine diesbezügliche Anordnung beschrieben.A related arrangement is described in FIG.

Hier wird ein Meßrohr 70 verwendet, daß z. B. am Tankboden 77 befestigt ist. Die beiden Lichtleitfasern 13, 14 werden am oberen Rohrrand 18 angeschlossen, wobei die Referenzfaser 14 dort verspiegelt wird. Der Meßstrahl 16 wird mittels eines Linsensystems 75 aufgeweitet und dem Pegelgeber 3c zugeführt bzw. von dem Linsensystem 75 wieder in die Faser 13 systemgerecht eingekoppelt.Here a measuring tube 70 is used that, for. B. attached to the tank bottom 77 is. The two optical fibers 13, 14 are connected to the upper edge of the tube 18, the reference fiber 14 being mirrored there. The measuring beam 16 is by means of a lens system 75 and the level transmitter 3c supplied or from the The lens system 75 is coupled back into the fiber 13 in accordance with the system.

im Behälter 88 Fiq. 7 zeigt die gleiche Anordnung, wie sie unter im Behälter 78 Fig. 6 beschrieben wurde, nur wird das Meßrohr 80 am Behälterdeckel 25 befestigt. Die Befestigung kann nicht starr sein, denn das Rohr muß immer nahezu senkrecht stehen, deshalb wird zwischen Rohr und Tankdeckcl ein Pendellager 89 angeordnet.in the container 88 Fiq. 7 shows the same arrangement as in im Container 78 Fig. 6 was described, only the measuring tube 80 on the container lid 25 attached. The fastening cannot be rigid, because the pipe must always be almost stand vertically, therefore a self-aligning bearing 89 is arranged between the pipe and the tank deck.

In Fig. 8 ist schließlich eine Anordnung zu sehen, bei der mit Hilfe von Lichtleiteinrichtungen 83 der Meßwert gewonnen wird. Das Meßrohr wird ebenfalls über ein Pendellager 89 mit dem Behälterdeckel 25 formschlüssig verbunden. Das Rohroberteil weist ein Spiegelsystem 83 auf, das die eigentliche Meßstrecke in Referenz- und M'eßstrahl zerlegt und den beiden durch die freie Atmosphäre führen-17, 17a den Lichtstrahlen die Möglichkeit bietet, durch Differenzbildung über zwei aktive Eingänge am Meßgerät 2 die Umwelteinflüsse auszuschalten. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß das elektro-optische Meßgerät sich unveränderbar an einer definierten Stelle befindet und die Referenzwege in der Luft vom Rohr zum Meßgerät definiert und subtraktionsfähig sind Mit einem solchen Verfahren ist auch die Vermessung von mehreren Behältern, insbesondere auf große Entfernung, von einer zentralen Warte aus möglich.In Fig. 8, finally, an arrangement can be seen in which with the help the measured value is obtained by light guide devices 83. The measuring tube is also positively connected to the container cover 25 via a self-aligning bearing 89. The upper part of the pipe has a mirror system 83, which the actual measuring section in reference and The measuring beam is split up and the two are guided through the open atmosphere-17, 17a Light beams offers the possibility by forming the difference via two active inputs to switch off the environmental influences on measuring device 2. However, the prerequisite for this is that the electro-optical measuring device is unchangeable at a defined point and defines the reference paths in the air from the pipe to the measuring device and can be subtracted Such a method can also be used to measure several containers, possible from a central control room, especially from a long distance.

Die Messung des Füllstandes in dem oder den Behältern wird nun wie folgt durchgeführt. Wie Fig. 2 zeigt, wird aus der Vielzahl der Lichtleiter L, die zu den einzelnen Behältern führen, von der Lichtweiche 40 definiert die Lichtleiterverbindung zu einem Behälter hergestellt. ist dies geschehen, so wird vom Meßgerät 2 ein Lichtstrahl über die Lichtleiter L primer zu dem Rohrsystem 8,9 im Behälter 28, 58 geleitet und dann je nach System frei zu dem Pegelgeber 3, der über das magnetische Schwimmersystem 3,4 die Lage des Flüssigkeitsspiegeld 24 darstellt, geschickt. Von dort wird der Strahl reflektiert und wieder zum Meßgerät zurückgeleitet. Nach sehr kurzer Zeit (!) wird über einen parallelen Lichtleiter - den sogenannten Referenzleiter 14 - ein zweiter Strahl geschickt und am Ende der Referenzstrecke reflektiert und zum Meßgerät zurückyefünrt. Im Meßgerät laufen nun folgende Arbeitsvorgänge ab: Der vom Reflektor zurückkommende Lichtstrahl wird mit einem internen Referenzstrahl im Meßgerät in an sich bekannter Weise phasenmäßig verglichen und daraus der Längenunterschied, das ist die doppelte Entfernung vom Meßgerät zum Reflektor, der beiden Meßstrahlen ermittelt.The measurement of the level in the container or containers is now like follows carried out. As FIG. 2 shows, the plurality of light guides L, the lead to the individual containers, from the light switch 40 defines the light guide connection made into a container. Once this has happened, the measuring device 2 emits a light beam guided via the light guide L primer to the pipe system 8, 9 in the container 28, 58 and then, depending on the system, freely to the level transmitter 3, which is via the magnetic float system 3.4 represents the position of the liquid level 24, sent. From there the beam is reflected and returned to the measuring device. To very short time (!) is via a parallel light guide - the so-called reference guide 14 - a second beam sent and reflected at the end of the reference path and back to the measuring device. The following operations now take place in the measuring device: The light beam coming back from the reflector is linked to an internal reference beam compared in phase in the measuring device in a manner known per se and from this the difference in length, that is twice the distance from the measuring device to the reflector, the two measuring beams determined.

In einem zweiten Arbeitsgang geschieht das gleiche mit dem externen Referenzstrahl 14, der auf dem parallelen Lichtweg zum Behälter geschickt worden ist, womit auch dessen Länge genau ermittelt wurde. Die Pegelhöhe erhält man dadurch, indem man in einem dritten Arbeitsgang die halbe Differenz der beiden Meßstrahlen bildet und je nach verwendetem System einige bekannte und prinziniell ermittelte Eichkonstanten, wie beispielsweise die Strecke zwischen den beiden Eodenspiegel t n Fig. 5, abzieht.In a second step, the same thing happens with the external one Reference beam 14 which has been sent to the container on the parallel light path is, with which its length was also precisely determined. The level height is obtained by by half the difference between the two measuring beams in a third operation forms and, depending on the system used, some known and principally determined Calibration constants, such as the distance between the two Eode mirrors t n Fig. 5, subtracts.

Der Bezugspunkt für den dadurch erhaltenen Pegelmeßwert ist in Fig. 5 und 6 der Tankboden 77, in Fig. 7 und 8 der Behälterdeckel 25. Durch dieses Vorgehen sind alle Einflußgrößen außerhalb der Behälter, wie beipsielsweise Temperatur usw., die den Lichtweg beeinflussen, eliminiert. Außerdem spielt die Ausdehnung des Meßrohres und die Temperaturausdehnung des Behälters bei den Varianten in Fig. 2, 5 und 6 überhaupt keine Rolle mehr, da der Bezugspunkt der Tankboden ist. Zur Berücksichtigung der Tankausbeulung durch den hydrostatischen Druck infolge Tankflüssigkeit und/oder durch die Deckelbelastung wird die effektive Ausbeulung an der Tankaußenwand direkt durch ein weiteres optisches Meßsystem 31, 61 auf die gleiche Weise wie vorbeschrieben gemessen und zur Korrektur an das Meß- und Auswertegerät weitergeleitet.The reference point for the level measurement value obtained in this way is shown in Fig. 5 and 6 the tank bottom 77, in FIGS. 7 and 8 the container lid 25. By this procedure are all influencing variables outside the container, such as temperature etc., that affect the light path, eliminated. In addition, the expansion of the measuring tube plays a role and the temperature expansion of the container in the variants in FIGS. 2, 5 and 6 no longer relevant, as the reference point is the bottom of the tank. For consideration the tank bulge due to the hydrostatic pressure due to tank liquid and / or The effective bulge on the outer wall of the tank is directly caused by the load on the lid by another optical measuring system 31, 61 in the same manner as described above measured and forwarded to the measuring and evaluation device for correction.

Claims

Claims 1. A method for measuring the fill level in containers by means of electro-eastern distance measurement based on the reflection principle characterized in that the light path between the transmitter and level transmitter is basically in one or more reference paths and a M.eßstr-ecke is decomposed if the light path either leads through several media, or - if only one medium is available - its Direction changes, with either multiple Ne.astrahlen the reference paths one after the other or parallel traverse or measure or a split measuring beam the reference path or the reference paths are measured, but always a measuring beam, possibly the only one Existing or partial beam reference path plus measuring section detected and the light path or the light paths at least partially through a light guide - such as optical fibers or pipe systems with mirrors and / or lenses etc. - drive or through light guide arrangements - like mirrors, refractive media etc. - are changed in their direction.

2. The method according to claim 1, characterized in that with the help two measuring beams, one of which is the reference path, the second the reference path and the measuring section contains, by subtracting, all sections except the pure one Measurement path can be eliminated.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that of one or more defined points outside the container or one several measuring beams over one or more measuring sections to one or more reflectors sent on the outside of the container.

4. Arrangement for performing the method according to cen claims 1 - 3 gekennzeicrnet that of one or more transmitters (2) one or more Measuring beams (16) to the level transmitter (3) either go through different media, z. B. free atmosphere (100), optical fiber (101) -or by Lichtleitanolonungcn (83) can be changed in their direction, always a measuring beam (16) or partial beam (16) is reflected on a transmitter (3) and to the receiver (2), which is at the transmission location (1) is located, is running back.

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that a Measuring tube (8) is preferably located vertically in the medium (26) to be measured, around which an ingsch'.inmer (4) is arranged, which is arranged in a ring in it 'Ermanentmagnete (6) or a permanent Ringmanet a level transmitter (3) in Measuring tube (8) without measuring medium, magnetically based on the repulsive principle in more precise fill level oils holds, whereby the level transmitter (3) with the help of two Magnetetrinarn (5a) by the ring float (4) is magnetically tied and reflectors on the top and / or bottom (7) - preferably retroreflectors - has.

6. Arrangement according to claims 3-5, characterized in that the measuring tube (8) on the container base (27) or at a defined point (20) near the container base is attached and two optical fibers (13,14) from the transmitter (2) to the tube bottom (15) lead, with an optical fiber (14) as a reference fiber (14) at its end on the block (10) reflects a measuring beam and the second fiber (13) via a lens and / or Mirror and / or prism system (11, 12) tube sheet S15) a second measuring beam (16) sends from below to the reflective level transmitter (3).

7. Arrangement according to one or more of the preceding claims 4-6 characterized in that two vertical Measuring tubes (71,72), the one on the holder base (77) or horizontally at a defined point near the container base are interconnected and fixed by two measuring beams (16, 16a) either by free atmosphere and / or by light guide arrangements (83) and / or by optical fibers (13,14) go, are acted upon, with a Strahi (16) the level transmitter (3) from above, the second beam (16a) via the second measuring tube (71) the level transmitter (3) from below hits.

8. Arrangement according to one or more of the preceding claims 4-7 characterized in that a tube (8) on the container bottom (77) or on a defined Place near the bottom of the container and two optical fibers (13,14) or Light guide arrangements (83) lead to the upper end of the tube (18), with an optical fiber and / or light guide arrangement as a reference at the upper end of the tube a measuring beam (17) reflected and the second fiber (13) or light guide arrangement (83) via a lens, and / or a second mirror and / or prism system (75) at the upper end of the tube (18) Sends measuring beam (16) from above to the reflective level transmitter (3).

9. Arrangement according to one or more of the preceding claims characterized in that a measuring tube (8) on the container cover (25) or on the upper Container edge (21) is attached and two optical fibers (13, 14) and / or light guide arrangements (O lead to the upper end of the tube (18), whereby in the case of the light guide arrangements (83) the transmitter (2) has defined reference coordinates.

10. Arrangement according to one or more of the preceding claims 4-9, characterized in that one or more optical fibers (13,14) or Light guide arrangements (83) from the transmitter (2) to the container cover (25) or to the upper one Guide the container edge (21) and the measuring beam (16) from above on the Donor (3) falls and is reflected.

11. Arrangement according to one or more of claims 1-10 thereby characterized in that optical fibers (13,14) are used, the entering Partial beams only insofar insofar as their travel time is insignificant, regardless of the angle of incidence change, as differences within the absolute accuracy of the measurement of the level.

12. The arrangement according to one or more of claims 1-11 thereby characterized in that several containers (28,58) over several light paths (13,14,43,44) a single measuring device (2) is assigned, which either has a corresponding number Has outputs and inputs (2h) or a single input (2a) and output (2a), which is an automatic switchover and / or automatic light path change system (40).

13. Arrangement for performing the method according to the claims 1 - 3 characterized in that one or more transmitters and receivers (2), for example electro-optical rangefinders, one or more digital computers are directly downstream.

14. Arrangement for performing the method according to the claims 1 - 3 characterized in that an optical fiber by means of the difference in length from the current measuring length and a standard length defined under certain conditions is used for the integral temperature determination along a profile.