DE2839634C2

DE2839634C2 - Flüssigkeitsstand-Meßgerät

Info

Publication number: DE2839634C2
Application number: DE2839634A
Authority: DE
Inventors: Roger Martin Sible Hedingham Essex Langdon
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1977-09-13
Filing date: 1978-09-12
Publication date: 1984-01-05
Also published as: FR2402861A1; DE2839634A1; FR2402861B1; GB1595194A; US4213337A

Description

a) daß am außerhalb der Flüssigkeit gelegenen ^ Ende des länglichen Elements (2; 7; 31) oder im Bereich zwischen diesem Ende und der Sendeeinrichtung (1; 8; 32) am länglichen Element ein Dämpfungsglied (4; 11) angebracht ist,

b) daß nit der Sendeeinrichtung (1; 8; 32) und der Empfangseinrichtung (3; 9; 33) ein Phasendetektor (35) zum Vergleich der Phasenlage der Transversalschwingungen an der Sendeeinrichtung mit der sich nach Durchlaufen des ₂s eingetauchten Teils des länglichen Elements ergebenden Phasenlage der Transversalschwingungen an der Empfangseinrichtung verbunden ist, und

c) daß die gemessene Phasendifferenz als für den Flüssigkeitsstand repräsentative Größe verwende; ist.

2. Flüssigkeitsstand-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS der Phasendetektor (35) ein Digital-Phasendetektor ist.

3. Flüssigkeitsstand-Meßgerät nach Anspruch 1 und 2, bei dem das längliche Element teilweise in die Flüssigkeit eintauchbar ist und ein Ende außerhalb der Flüssigkeit und das andere Ende in der Flüssigkeit gelegen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung (9; 33) für die Transversalschwingungen nahe dem anderen Ende angebracht und im Betrieb in der Flüssigkeit gelegen ist.

4. Flüssigkeitsstand-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Element (7) die Form eines Hohlzylinders besitzt, in dessen Innerem die Sende- und Empfangseinrichtungen (8;

9) vorgesehen sind.

5. Flüssigkeitsstand-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Element (2) U-förmig ausgebildet ist.

6. Flüssigkeitsstand-Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung (3) im Bereich des außerhalb der Flüssigkeit gelegenen freien Endes des U-förmigen länglichen Elements (2) angeordnet ist.

7. Flüssigkeitsstand-Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Element mit einer Beschich- m) tung(10) aus einem Material wie Polytetrafluoräthylen versehen ist.

65

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsstand-Meßgerät mit einem länglichen, teilweise in eine Flüssigkeit eintauchbaren und mit einem Ende außerhalb der Flüssigkeit gelegenen Element, einer in der Nähe des sich außerhalb der Flüssigkeit befindenden Endes des länglichen Elements angeordneten Sendeeinrichtung zur Erzeugung von Transversalschwingungen und einer ebenfalls am länglichen Element und mit Abstand zur Sendeeinrichtung angeordneten Empfänger für die Transversalschwingungen.

Aus der DE-OS 22 09 260 ist ein Füllstandsgrenzwertanzeiger bekannt, welcher einen mit einer elektrischen Selbsterregungsschaltung verbundenen mechanischen Schwinger aufweist und die Selbsterregungsschaltung schwingt, wenn der Schwinger nicht in die zu überwachende Substanz eintaucht und keine Schwingungen ausführt, wenn der Schwinger ganz oder teilweise in die Substanz eintaucht Diese Vorrichtung eignet sich nicht dazu, über einen größeren Bereich den jeweiligen Füllstand exakt anzugeben und kann daher nur als ausgesprochener Grenzwertanzeiger Verwendung finden.

Aus der DE-PS 6 23 103 ist ein Schütthöhenanzeiger für Bunker, Silos und dergleichen, insbesondere mit kleinstückigem oder staubförmigem Schüttgut, bekannt, bei dem die Alizeige durch das zur Ruhe kommen eines Tastkörpers infolge der Berührung mit Schüttgut zustande kommt Dabei ist ein federnd eingespannter Tastkörper mittels sines wechselstromerregten Elektromagneten zu Schwingungen quer zu seiner Längsachse erregbar, wobei die Eigenschwingung des Tastkörpersystems im vom Schüttgut unbeeinflußten Zustande auf die Wechselstroinfrequenz abgestimmt ist Der auf die Resonanzfrequenz des erregenden Wechselstroms abgestimmte Fühler kann nur so lange frei schwingen, als er nicht in Berührung mit dem Füll- oder Schüttgut ist Bei Berührung mit körnigem oder staubförmigem Stückgut oder auch beim Eintauchen des Fühlers in eine Flüssigkeit hört die Schwingung auf. Es wird also nur der Zustand des freien Schwingens bzw. des Aufhörens dieser Schwingung benutzt, um eine bestimmte Füllhöhe bei festem Einbau der Anzeigevorrichtung anzuzeigen. Eine kontinuierliche Überwachung des Füllstands ist mit dieser bekannten Anordnung ebenfalls nicht möglich.

Aus der DE-AS 10 42 251 ist eine Vorrichtung zum Abtasten des Flüssigkeitsstandes in Behältern bekannt, wobei als abtastendes Organ ein sich von unten nach oben durch den Flüssigkeitsspiegel hindurch erstreckender, zu Schwingungen mit seiner Resonanzfrequenz angeregter Resonator dient, dessen Schwingungen nach Maßgabe ihrer vom jeweiligen Flüssigkeitsstand abhängigen Amplituden einen Anzeiger, einen Regler oder dergleichen steuern. Als Resonator dient vorzugsweise ein an seinem unteren Ende festgelegter senkrechter Stab, der mittels eines mit Wechselstrom von entsprechender konstanter Frequenz betriebenen elektromagnetischen Systems zu Schwingungen angeregt wird. Bei den Meßprinzipien, bei denen die vom jeweiligen Flüssigkeitsstand abhängige Dämpfung eines zu Schwingungen angeregten Resonators als Meßgröße benutzt wird, läßt die Meßgenauigkeit aufgrund unterschiedlicher Einflüsse auf das Dämpfungsverhalten der jeweiligen Flüssigkeit zu wünschen übrig, so daß auch die Wiederholgenauigkeit der Meßergebnisse in verschiedenen Fällen unzufriedenstellend ist.

Aus der DE-OS 20 12 475 ist ein Füllstands-Fühler mit einem mit gleichbleibender Frequenz arbeitenden Impulsgeber bekannt, der bei Berührung mit der Flüssigkeit schematisch gebremst wird, wobei sich die Frequenz und/oder die Amplitude der Impulse vermin-

dem und diese Änderungen zu Anzeigezwecken ausgenutzt werden. Eine kontinuierliche Füllstandsanzeige ist mit dieser bekannten Anordnung ebenfalls nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flüssigkeitsstand-Meßgerät der eingangs definierten Art so auszubilden, daß eine kontinuierliche Überwachung des Flüssigkeits-Füllstandes in einem relativ großen Höhenbereich exakt und mit hoher Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,

a) daß am außerhalb der Flüssigkeit gelegenen Ende des länglichen Elements oder im Bereich zwischen diesem Ende und der S~ndeeinrichtung am länglichen Element ein Dämpfungsglied angebracht ist,

b) daß mit der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung ein Phasendetektor zum Vergleich der Phasanlage der Transversalschwingungen an der Sendeeinrichtung mit der sich nach Durchlaufen des eingetauchten Teils des länglichen Elements ergebenden Phasenlage der Transversalschwingungen an der Empfangseinrichtung verbunden ist, und

c) daß die gemessene Phasendifferenz als für den Flüssigkeitsstand repräsentative Größe verwendet ist

Durch die Ausschaltung jeglicher störender Refle- >n xionseffekte durch die Verwendung eines Dämpfungsgliedes und die Ausnutzung der gemessenen Phasendifferenz als für den Flüssigkeitsstand repräsentative Meßgröße wird eine überraschend genaue, zuverlässige und einwandfrei reproduzierbare Flüssigkeitsstandmessung- bzw. -anzeige erreicht, und zwar mittels einer im Aufbau äußerst einfachen und störungsunanfälligen Anordnung.

Vorzugsweise wird als Phasendetektor ein Digital-Phasendetekto·· verwendet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das längliche Element die Form eines Hohlzylinders, in dessen Innerem die Sende- und Empfangseinrichtungen vorgesehen sind. Bei dieser Variante wird für die verwendeten Sende- und ·>-> Empfangseinrichtungen der größtmögliche Schutz erzielt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.

Die Erfindung wird nacf.^eolgend anhand von Ausfüh- i<> rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigen

Fig. 1 und 2 je eii¹e Ausführungsform eines Flüssigkeitsstand-Meßgeräts nach der Erfindung, und

Fig.3 eine schematis>?he Darstellung einer im ·"" Zusammenhang mit den Ausführungsformen nach F i g. I und 2 verwendbaren Schaltungsanordnung.

Nach Fig. I ist eine Senkeinrichtung 1 in der Nähe eines Endes eines dünnen, U-förmigen Metallstreifens 2 angebracht. Eine Empfangseinrichtung 3 ist in der Nähe t>o des anderen Endes des Metallstreifens 2 angebracht und ein Dämpfungsklotz 4 ist an dem einen Ende des Metallstreifens 2 unmittelbar über der Sendeeinrichtung 1 angeklemmt Durch die Sendeeinrichtung werden längs des Metallstreifens 2 Transversalschwingungen mit fester Frequenz erzeugt und diese werden durch die Empfangseinrichtung 3 aufgenommen. Wenn der Metallstreifen 2 teilweise, beispielsweise bis zu der durch die Linie 5 angezeigten Höhe in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, wird die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Transversalschwingungen in dem unterhalb des Flüssigkeitsstandes 5 befindlichen Teil des Metallstreifens verringert und die Gesamtlaufzeit der Transversalwelle zwischen Sende- und Empfangseinrichtung erhöht sich in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe. Die Verlängerung der Laufzeit oder der Fortpflanzungszeit kann über eine Phasenänderung der Transversalschwingungen in der mit Bezug auf Fig.3 beschriebenen Weise gemessen werden.

Bei einer alternativen Ausführungsfr:m nach Fig.2, die eine robustere Variante darstellt, sine* Sende- und Empfangseinrichtung gegen die Einflüsse der Umgebung, in der das Gerät verwendet wird, geschützt Das Flüssigkeitsstand-Meßgerät besteht aus einem länglichen, hohlzylindrischen Metallrohr 7, in dem eine Sendeeinnchtung 8 und eine Empfangseinrichtung 9 im Inneren befestigt sind. Das Metallrohr 7 ist mit einer Außenhülle 10 aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise Polytetrafluorethylen versehen, ur4 ein Dämpfungsglied 11 ist am oberen Ende des Gerätes vorgesehen, um die von der Sendeeinrichtung nach oben ausgesandten Transversalwellen zu absorbieren, so daß unerwünschte Reflexionen am oberen Ende des Rohres 7 verhindert werden. Der Boden der Außenhülle 10 ist durch einen Pfropfen 12 abgedichtet, damit keine Flüssigkeit in das Innere des Rohres 7 eindringen kann. Das Rohr 7 kann aus nichtrostendem Stahl bestehen. Die das Rohr 7 umgebende Hülle 10 dient einmal dazu, das Rohr gegen die Einflüsse von möglicherweise aggressiven Flüssigkeiten zu schützen, andererseits dient sie als Trennfläche, die die Ablagerung von aus der Flüssigkeit ausgefällten festen Materialien an der Oberfläche des Flüssigkeitsstand-Meßgerätes verhindert Die Sende- und Empfangseinrichtungen 8, 9 sind innerhalb des Rohres 7 durch elektrische Leitungen 13 bzw. 14 verschaltet.

Die Eintauchtiefen des Flüssigkeitsstand-Meßgerätes können mittels der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnungen bestimmt werden. Dabei ist das längliche Element 31 mit Sende- und Empfangseinrichtungen 32, 33 ausgerüstet. Ein Oscillator 34 versorgt die Sendeeinrichtung 32 mit Leistung einer bestimmten Frequenz, und die relative Phasenlage der Transversalwellen an den Leiden Einrichtungen werden mittels eines digitalen Phasendetektors 35 gemessen. Die Phasendifferenz, die ein Maß für den Flüssigkeitsstand 5 ist, wird an ein Anzeigegerät 36 weitergeleitet, das eine Umwandlung und Anzeige in Tiefenwerte oder Füllstandshöhen vornimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsstand-Meßgerät mit einem länglichen, teilweise in eine Flüssigkeit eintauchbaren und mit einem Ende außerhalb der Flüssigkeit gelegenen Element, einer in der Nähe des sich außerhalb der Flüssigkeit befindenden Endes des länglichen Elements angeordneten Sendeeinrichtung zur Erzeugung von Transversalschwingungen und einem ebenfalls am länglichen Element und mit Abstand ,₀ zur Sendeeinrichtung angeordneten Empfänger für die Transversalschwingungen, dadurch gekennzeichnet,