DE2853360A1

DE2853360A1 - Fluessigkeitniveaumesser

Info

Publication number: DE2853360A1
Application number: DE19782853360
Authority: DE
Inventors: Isao Takahashi
Original assignee: Sakura Instrument Co Ltd
Current assignee: Sakura Endress Co Ltd Musashino Tokio/tokyo
Priority date: 1977-12-21
Filing date: 1978-12-11
Publication date: 1979-07-05
Also published as: NL184385B; FR2412826A1; FR2412826B1; JPS6243486B2; NL184385C; DE2853360C2; JPS5486370A; US4244219A; NL7812338A; GB2012961B; GB2012961A

Description

KRAUS & WEiSERV

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER ■ DR.-ING ANNEKATE WEiSERT DIPL-ING FACHRICHTUNG CHEI-* IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/79 7077-797078 TELEX O5-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

78-GE60 2036 JS/My

SAIOJRA INSTRUMENT CO. LTD. Musashino (Japan)

Flüssigkeitsniveaumesser

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein au; einen Flussigkeitsniveaumesser, und sie betrifft insbesondere einen Flussigkeitsniveaumesser, in dem die Änderung eines Flüssigkeitsniveaus in die Änderung eines Drehmoments, einer Drehkraft, einer Drehung oder dergl. umgewandelt wird, die dann elektrisch festgestellt bzw. ermittelt wird.

Ein Flussigkeitsniveaumesser nach dem Stand der Technik hat normalerweise einen Aufbau, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, und zwar sind eine Trommel 1, eine Trommelwelle 2 und ein bewegbarer Kontakt 5 einerseits integral bzw. fest aneinander angekoppelt, während andererseits Schleifringe 3, ein Schneckenrad 4 und feste Kontakte 6 und 7, die voneinander im Abstand angeordnet sind, ebenfalls integral bzw. fest aneinander angekoppelt sind. Die Trommelwelle 2 und das Schnekkenrad 4 können sich in Bezug aufeinander frei drehen, und zwar in einem koaxialen Aufbau, sie sind jedoch elastisch mittels einer Feder 11 miteinander verkoppelt. Mit anderen Worten bedeutet das, daß die Feder 11 zwischen einem Federanschlag 17, der an dem Schneckenrad 4 befestigt ist, und einem weiteren Federanschlag 18, der an der Trommelwelle 2 befestigt ist, gedehnt wird, um den bewegbaren Kontakt 5 zu halten, so daß sowohl die Federwelle 2 als auch das Schneckenrad 4 elastisch aneinander angekoppelt sind. Praktisch wird ein Paar Federn verwendet, aber im vorliegenden Beispiel ist zu Zwecken der Vereinfachung nur eine Feder 11 dargestellt. Das Schneckenrad 4 kämmt mit einer Schnecke 8, die einen Drehantrieb von einem Motor 9 erhält. Um die Trommel 1 ist ein Draht 12 gewickelt, an dessen freiem Ende ein Verdränger bzw. Verdrängungskörper 10 herabhängt.

Die Spannung der Feder 11 ist so gewählt, daß sie dann, wenn der Verdrängungskörper 10 auf einer zu messenden Flüssig-

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keitsoberflache (nicht dargestellt) schwimmt, mit einer Krafx oder einem Drehmoment zum Drehen der Trommelwelle 2 über der. Draht 12 im Gleichgewicht steht. Der bewegbare Kontakt 5 ist so angeordnet, daß er zu diesem Zeitpunkt bzw. in diesem Zustand in der neutralen Position zwischen den festen Kontakten 6 und 7 ist, so daß er keinen von ihnen berührt, und der Motor 9 hält seinen Nichtdrehungszustand aufrecht.

Wenn nun die Flüssigkeitsoberfläche abgesenkt wird, dann bleibt der Verdrängungskörper 10 in der Luft hängen, so daß sein Auftrieb Null wird. Demgemäß wird die Kraft, welche das Bestreben hat, die Trommelwelle 2 im Uhrzeigersinn zu drehen (in der Richtung, die durch den Pfeil a>. in Fig. 1 angedeutet ist), größer als die Spannung der Feder 11, so daß die Trommelwelle 2 relativ zu dem Schneckenrad 4 nach rechts bzw. im Sinne des Pfeils a^ gedreht wird. Hierdurch wird der bewegbare Kontakt 5 in Berührung mit dem einen festen Kontakt, im Beispiel der Fig. 1 mit dem Kontakt 7, gebracht, so daß bewirkt wird, daß eine Wechselstromquelle AC einen Strom über die Schleifringe 3 und Bürsten 13 an eine Steuerschaltung 14 abgibt. Auf diese Weise wird die Steuerschaltung 14 in der Weise betätigt, daß sie dem Motor 9 Strom zuführt, so daß dieser über die Schnecke 8 das Schneckenrad 4 und demgemäß die Trommel 1 in der richtigen Richtung bzw. der Rechtsrichtung oder in der durch den Pfeil a.* veranschaulichten Richtung verdreht. Die nach rechts erfolgende Drehung der Trommel 1 bewirkt, daß sich der Draht 12 nach abwärts bewegt, so daß der Verdrängungskörper 10 abgesenkt wird. Wenn der Verdrängungskörper 10 die Flüssigkeitsoberfläche erreicht, dann löst sich der bewegbare Kontakt 5 von dem festen Kontakt 7, so daß der vorerwähnte, geschlossene Stromkreis geöffnet und dadurch die Drehung des Motors 9 angehalten wird und der Flüssigkeitsniveaumesser wieder in den oben erläuterten Gleichgewichtszustand zurückkehrt. Wenn dagegen die Flüssigkeitsoberfläche ansteigt, dann sinkt der Verdrängungskörper 10 in die Flüssigkeit ein, so daß sein

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Auftrieb erhöht wird. Infolgedessen wird die Kraft, die auf die Trommelwelle 2 einwirkt, umgekehrt, und der bewegbare Kontakt 5 wird in Berührung mit dem anderen festen bzw. ortsfester. Kontakt 6 gebracht, so daß die Stromquelle AC dem Motor 9 einen umgekehrten Strom über die Steuerschaltung 14 zuführt und dadurch der Motor in einer solchen Richtung gedreht wird, daß er den Verdrängungskörper 10 anhebt. Danach wird, wenn der Gleichgewichtszustand wieder erreicht ist, der Betrieb des Motors 9 gestoppt.

Bei dem vorstehend erläuterten Flüssigkeitsniveaunesser nach dem Stand der Technik werden mechanisch betätigbare, elektrische Kontakte 5 bis 7 verwendet, und außerdem sind Schleifringe 3 und Bürsten 13 erforderlich, um die Veränderung des auf die Trommelwelle 2 einwirkenden Drehmoments zu ermitteln bzw. festzustellen. Diese mechanischen Komponenten, wie z.B. die erwähnten Kontakte, die Schleifringe und die Bürsten, sind einer Abnutzung unterworfen. Darüberhinaus ist es schwierig, den Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Kontakt 5 und den ortsfesten Kontakten 6 oder 7 so klein zu machen, wie das wünschenswert wäre, und demgemäß kann eine Änderung des auf die Trommelwelle 2 einwirkenden Drehmoments nicht festgestellt werden, sofern die Drehmomentänderung nicht bis zu einem gewissen Grade verhältnismäßig groß wird. Das hat den Nachteil zur Folge, daß die Empfindlichkeit der Ermittlung der Drehmomentänderung und demgemäß die erforderliche Empfindlichkeit des Flüssigkeitsniveaumessers beschränkt sind. Es sei noch erwähnt, daß mit 15 in Fig. 1 eine Flüssigkeitsniveauanzeigeeinrichtung bezeichnet ist, die mit der Schnecke 8 über einen Riemen 16 verbunden ist, so daß sie das Niveau einer Flüssigkeit anzeigt.

Entsprechend den obigen Ausführungen soll mit der Erfindung ein Flüssigkeitsniveaumesser geschaffen werden, der frei von den oben dargelegten Nachteilen des Standes der Technik ist.

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Weiterhin wird durch die Erfindung ein verbesserter Flüssigkeitsniveaumesser zur Verfügung gestellt, in dem die Änderungen des Drehmoments kontaktlos ermittelt und dann in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt werden. Gemäß dem Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Flüssigkeitsniveaumesser, wie er durch die Erfindung zur Verfügung gestellt wird, einen Verdrängungskörper, der auf einer Flüssigkeit schwimmen gelassen wird, deren Niveau gemessen werden soll; einen Draht, der an seinem einen Ende an dem Verdrängungskörper befestigt ist, so daß letzterer durch den Drf.i.t aufgehängt ist; eine Trommel, die an einer Trommelwelle befestigt ist, auf welcher der Draht aufgenommen bzw. aufgewickelt wird; eine Antriebswelle, die koaxial mit der Trommelwelle ist; einen Motor zum Antrieb der Antriebswelle über eine Kupplungeeinrichtung; eine Feder zum elastischen Ankoppeln der Trombe2-welle an die Antriebswelle; eine Anzeigeeinrichtung, die zug Zwecke des Anzeigens des Flüssigkeitsniveaus an die Kupplungseinrichtung angekopp.elt ist; eine Einrichtung zum kontaktloter. Ermitteln einer Änderung des Drehmoments, das, verursacht dur-ca eine Niveauänderung der Flüssigkeit, auf die Trommelwelle ausgeübt wird; eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Ansprechung auf die Drehmomentänderung und zum Zuführen des elektrischen Signals zu dem Motor, so daß dieser die Trommel in einer Richtung dreht, die eine Drehmomentänderung im Sinne einer Rückkehr zu einem Gleichgewichtszustand des Drehmoments mit der Feder und eine Rückkehr zu diesem Gleichgewichtszustand zur Folge hat; und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des Flüssigkeitsniveaus in Übereinstimmung mit der Drehung des Motors, welche Anzeigeeinrichtung auch die vorstehend erwähnte Anzeigeeinrichtung sein kann.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand einiger, in den Fig..2 bis 9 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders be-

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vorzugter Ausführungsformen näher erläutert, wobei in den verschiedenen Figuren der Zeichnung gleichartige bzw. ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeit. niveaumessers nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein hauptsächlich im Vertikalschnitt dargestelltes, ersters Ausführungsbeispiel eines Flüssigkeitsnivec-umessers nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Ansicht, die zur Erläuterung von Abschirnplatten, wie sie in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden, dient;

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das ein elektrisches Sysx:-;: veranschaulicht, das in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;

Fig. 5 ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel eines Kapazitätsdetektors veranschaulicht, wie er in der Scheltung nach Fig. 4 verwendet werden kann;

Fig. 6 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Betriebsweise eines Komparators, wie er in der Schaltung nach Fig. 4 vorgesehen ist; und

Fig. 7, 8 und 9 auseinandergezogene Ansichten anderer Ausführungsbeispiele von Abschirmplatten, die in dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsniveaumesser verwendet werden können.

Es sei zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 näher erläutert.

Die Fig. 2 zeigt eine Vertikalschnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Flüssigkeitsniveaumessers gemäß der Erfindung veranschaulicht, in dem diejenigen Elemente, welche denen der Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und auf ihre Erläuterung in Verbindung mit Fig.1 verwiesen wird. In diesem Ausführungsbeispiel dient ein Paar von Abschirmplatten 20 und 21 (die z.B. aus isolierendem Mate-

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rial hergestellt sind) als elektrostatische Kapazitätsänderung seinrichtung, wie weiter unten näher erläutert ist, und diese Abschirmplatten sind in Verbindung mit der Trommelwelle 2 und dem Schneckenrad 4 so angeordnet, daß die Feder 11 zwischen einem Federanschlag 18, der an der Trommelwelle 2 befestigt ist, und dem Federanschlag 17, der an einer Federbefestigungsplatte 19 befestigt ist, die indirekt an das Schneckenrad 4 angekoppelt ist, gestreckt bzw. gespannt wird. Das Paar von Abschirmplatten 20 und 21 ist in der Weise auf- bzw. eingebaut, daß die eine Abschirmplatte 20 an dem Federanschlag ic befestigt ist und demgemäß die Trommelwelle 2 zusammen mit derselben gedreht wird, während die andere Abschirmplatte 21 an einer hülsenartigen Antriebswelle 22 befestigt ist. Diese Antriebswelle 22 ist koaxial mit der Trommelwelle 2 und frei drehbar um ein Lagerteil 22', durch das die Trommelwelle 2 drehbar hindurchverläuft bzw. in dem die Trommelwelle 2 gelagert ist. Das Schneckenrad 4 ist an der Außenseite bzw. auf dem äußeren Umfang der Antriebswelle 22 befestigt. Weiterhin sind die Abschirmplatte 21 und die Federbefestigungsplatte 19 durch wenigstens ein Stabteil 19' integral bzw. fest miteinander gekoppelt. Demgemäß sind die Trommelwelle 2 und die Antriebswelle 22 über die Feder 11 elastisch miteinander gekoppelt, so daß sie unter dem Einfluß der Zugfestigkeit der Feder 11 bzw. soweit die Zugfestigkeit der Feder 11 das zuläßt, relativ zueinander frei drehbar sind.

In Fig. 2 ist mit 23 eine Abdeckung bezeichnet, die so ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß sie die Abschirmplatten 20 und 21 abdeckt, und zwar unter Einhaltung eines Abstands zu denselben, wie aus der Darstellung ersichtlich ist, und diese Abdeckung ist an einem ortsfesten Teil (nicht dargestellt) befestigt, so daß sie nicht drehbar ist. Die Abdeckung 23 ist aus zwei seitlichen Scheibenteilen 23.. und 23₂ zusammengesetzt sowie aus einem Zylinderteil 23*, das die äußeren Umfange der Seitenscheibenteile 23.. und 23₂ verbindet, und alle diese Tei-

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le sind aus isolierendem Material hergestellt. Die Scheibenteile 23^ und 23p sind in ihrer Mitte durchbohrt bzw. mit Öffnungen 23a und 23c versehen, so daß die Antriebswelle 22 und dergl. frei drehend hindurchverlaufen kann. Auf der inneren Oberfläche des Scheibenteils 23^ der Abdeckung 23 ist gegenüber der Abschirmplatte 20 und in einem Abstand von letztere eine scheibenartige Erregerelektrode 24 befestigt oder in sonstiger Weise aufgebracht, und auf der inneren Oberfläche des Scheibenteils 23o ist gegenüber der Abschirmplatte 21 unter Abstand von letzterer in gleichartiger bzw. ähnlicher Weise eine scheibenartige Empfangselektrode 25 befestigt oder in sonstiger Weise angebracht. Diese Elektroden 24 und 25 sind jeweils ringförmig ausgebildet, um zusammen mit den Abschirmplatten 20 und 21 als variable Kapazitätselemente zu dienen. Die Erregerelektrode 24 ist mit einem Hochfrequenzoszillator 26, der z.B. eine Frequenz von 10 kHz liefert, verbunden, um elektrische Kraftlinien zu erzeugen, und die Empfangselektrode 25 dient dazu, die elektrischen Kraftlinien, die durch die Abschirmplatten 20 und 21 hindurchgehen, zu empfangen, und sie ist mit einer elektronischen Schaltung 27 verbunden. Das Ausgangssignal der elektronischen Schaltung 27 wird dem Antriebsmotor 9 zugeführt, und es dient dazu, dessen Drehrichtung und -geschwindigkeit zu steuern. Die Drehwelle des Motors 9 ist integral bzw. fest an die Schnecke 8 angekoppelt, die mit dem Schneckenrad kämmt, und außerdem ist diese Drehwelle durch eine Riemenkupplung 16 oder in sonstiger Weise an die Anzeigeeinrichtung 15 angekoppelt.

Wie die Fig. 3 zeigt, sind die Abschirmplatten 20-und 21 in ihrer Mitte jeweils mit Bohrungen bzw. Durchgangslöchern 2O₁ und 21^ versehen, durch welche die Trommelwelle 2 drehbar hindurchverlaufen kann. Die Abschirmplatten 20 und 21 sind weiterhin in jedem Zwischenteil (zwischen ihrer Mitte und ihrem äußeren Umfang) mit einer Mehrzahl von radialen Schlitzen oder sektorförmigen Öffnungen 28 und 28· versehen, die in gleichen

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Abständen voneinander vorgesehen sind und untereinander im wesentlichen die gleiche Konfiguration haben. Die Abschirrcplatte 20 ist außerdem an einer Stelle zwischen ihrem Radiaischlitzbereich und der mittigen Bohrung 2O₁ mit wenigstens einer langgestreckten oder bogenförmigen Öffnung 20p versehen, durch die das Stabteil 19', das an der Abschirmplatte 21 befestigt ist, bewegbar hindurchverläuft, so daß die Abschirmplatten 20 und 21 eine Relativdrehung in Bezug aufeinander ausführen können, wodurch der Öffnungsbereich, der von beiden Schlitzen 28 und 28' dieser Abschirmplatten gebildet wird, eingestellt bzw. verändert werden kann. In Fig. 3 sind die Teile der Abschirmplatte 21, die durch die Schlitze 28 der Abschirmplatte 20 sichtbar sind, mit schraffierten Linien dargestellt, während die durch die Abschirmplatte 20 verdeckten Ränder der Schlitze 28' der Abschirmplatte 21 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Weiterhin sind diese Abschirmplatten 20 und 21 beide mit Masse bzw. Erdpotential verbunden. Der übrige Aufbau des Flüssigkeitsniveaumessers der Erfindung ist im wesentlichen der gleiche wie derjenige eines Flüssigkeitsniveaumessers nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1.

Als nächstes sei die Betriebsweise des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispie~ls der Erfindung beschrieben. Venn der Verdrängungskörper 10 auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmt, dann wird das Drehmoment, das von dem Verdrängungskörper 10 auf die Trommelwelle 2 ausgeübt wird, durch die Spannung der Feder 11 ausgeglichen bzw. im Gleichgewicht gehalten, wie das bei dem oben erläuterten Beispiel eines Flüssigkeitsniveaumessers nach dem Stand der Technik der Fall ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß in diesem Zustand jeder Öffnungsbereich bzw. jede Öffnungsfläche, der bzw. die durch die jeweiligen Schlitze 28 und 28' der Abschirmplatten 20 und 21 gebildet wird, im wesentlichen gleich die Hälfte jedes Schlitzbereichs bzw. jeder Schlitzfläche ist, wie in Fig. 3 dargestellt. Demgemäß verlaufen die elektrischen Kraftlinien von

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der Erregungselektrode 24 durch die vorerwähnten Öffnungsbereiche bzw. -flächen der Schlitze 28 und 28· zu der Empfanr;:- elektrode 25. Da aufgrund der vorstehenden Anordnung die elektrostatische Kapazität, die sich zwischen den Elektroden 24 und 25 ergibt, der Anzahl der elektrischen Kraftlinien proportional ist, welche von der Elektrode 24 ausgehend die Elektrode 25 erreichen, ist die elektronische Schaltung 27, die mit der Elektrode 25 verbunden ist, so angeordnet bzw. ausgebildet, dao sie die elektrostatische Kapazität in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt, so daß sie also ein Ausgangssignal liefert, welches von der Größe der jeweiligen elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden 24 und 25 abhängt. Das Niveau dieses elektrischen Signals von der elektronischen Schaltung 27 ist bei dem obigen Zustand (nämlich dem Gleichgewichtszustand) so, daß es keine Drehung des Motors 9 veranlaßt (das Niveau dieses elektrischen Signals sei z.B. in diesem Zustand gleich einer Bezugsspannung VV.).

Wenn nun z.B. die Flüssigkeitsoberfläche absinkt, bleibt der Verdrängungskörper 10 gewissermaßen teilweise oder ganz in der Luft hängen, so daß sein Auftrieb, den er durch die Flüssigkeit erfahren hatte, abnimmt. Infolgedessen wird das Drehmoment, das über den Draht 12 auf die Trommelwelle 2 ausgeübt wird, größer als die Spannung der Feder 11, so daß die Welle 2 nach rechts oder im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie das auch bei der weiter oben erläuterten Einrichtung nach dem Stande der Technik der Fall ist. Daher wird die Abschirmplatte 20, die an die Welle 2 angekoppelt ist, in der Richtung nach rechts oder in der Richtung des Pfeils a₂ der Fig.3 relativ zu der Abschirmplatte 21 gedreht. Als Ergebnis dieses Vorgangs kommt es dazu, daß die gegenseitige Abweichung bzw. der Grad der Nichtübereinstimmung der Schlitze 28 und 28' zwischen beiden Abschirmplatten 20 und 21 z.B. größer wird. Mit anderen Worten bedeutet das, daß der Öffnungsbereich bzw. die Öffnungsfläche zwischen beiden Abschirmplatten 20 und 21

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'durch die Schlitze 20 und 28' hindurch vermindert wird, so daß die Anzahl der elektrischen Kraftlinien, die durch die Schlitze 28 und 28« zwischen den Elektroden 24 und 25 hindurchgehen, herabgesetzt und dadurch die elektrostatische Kapazität zwischen letzteren beiden vermindert wird. Die elektronische Schaltung 27 arbeitet so, daß sie diese Kapazitätsänderung (Verminderung) in ein elektrisches Signal umwandelt, das dann an den Motor 9 abgegeben wird, so daß letzterer entsprechend die Antriebswelle 22 nach rechts oder im Uhrzeigersinn dreht. Diese Drehung der Antriebswelle 22 wird durch die Kupplungsteile, wie z.B. die Feder 11 und dergl., auf die Welle 2 und infolgedessen auf die Trommel 1 übertragen, so daß letztere im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn der Verdrängungskörper 10 auf diese Weise auf die Flüssigkeitsoberfläche abgesenkt worden ist und wieder auf dieser schwimmt, dann wirkt die Spannung der Feder 11 in der Weise, daß die Öffnungsfläche zwischen den jeweiligen Schlitzen 28 und 28' der Abschirmplatten 20 und 21 wieder auf die Hälfte jeder Schlitzfläche gebracht wird, also auf den Zustand, welcher dem Gleichgewichtszustand entspricht. Demgemäß stoppt der Motor 9 seine Drehung, und der Gleichgewichtszustand wird aufrechterhalten. Gleichzeitig mit dem vorstehenden Vorgang wird auch die Anzeigeeinrichtung 15, die an die Schnecke 8 angekoppelt ist, betrieben, so daß sie nun das neue Flüssigkeitsniveau, vorzugsweise in digitaler Weise, anzeigt.

Wenn hingegen die Flüssigkeitsoberfläche ansteigt und dadurch das Drehmoment, das auf die Trommelwelle 2 einwirkt, herabgesetzt wird, dann dreht sich die Abschirmplatte 20 im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Abschirmplatte 21_f wodurch die Abweichung bzw. das Maß der Nichtübereinstimmung der Schlitze 28 und 28* zwischen den beiden Abschirmplatten vermindert wird, was zur Folge hat, daß die von den Schlitzen 28 und 28' gebildete Öffnungsfläche vergrößert wird, so daß die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden 24 und 25 erhöht wird.

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Infolgedessen erzeugt die elektronische Schaltung 27 ein Signal, das eine Drehung des Motors in der Richtung bewirkt, die einem Anheben des Verdrängungskörpers 10 entspricht. V.'enr. das vorerwähnte Signal dem Motor 9 zugeführt wird, bewegt sich der Verdrängungskörper 10 nach aufwärts zur Flüssigkeitsoberflache, und der Motor 9 stoppt seine Drehung, wenn der Gleichgewichtszustand wieder erreicht worden ist, und dieser Gleichgewichtszustand wird so lange aufrechterhalten, bis es zu einer erneuten Veränderung der Flüssigkeitshöhe kommt. Da^ Flüssigkeitsniveau wird wiederum durch die Anzeigeeinrichtung 15, vorzugsweise in digitaler Form, angezeigt.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des in der Einrichtung nach Fig. 2 verwendeten elektronischen Systems dargestellt. Diejenigen Elemente in Fig. 4, die solchen in Fig. 2 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die elektronische Schaltung 27 umfaßt einen Kapazitätsdetektor bzw. eine Kapazitätsmeßeinrichtung 31» der bzw. die über die Elektroden 25 und 24 (diese sind in Fig. 4 als variables Kapazitätselement mit C bezeichnet) mit dem Hochfrequenzoszillator 26 verbunden ist. Außerdem umfaßt die elektronische Schaltung eine Motorgeschwindigkeits-Steuereinrichtung 32, der das Ausgangssignal des Detektors 31 zugeführt wird; einen Komparator bzw. eine Vergleichseinrichtung 33, dem bzw. der in gleichartiger Weise das Ausgangssignal des Detektors 31 zugeführt wird; eine Motordrehrichtungs-Steuereinrichtung 34, welcher die Ausgangssignale der Steuereinrichtung 32 und des Komparators 33 zugeführt werden; und eine Motorantriebsschaltung 35, welcher das Ausgangssignal der Steuereinrichtung 34 zugeführt wird. Der Kapazitätsdetektor 31 dient dazu, eine ermittelte elektrostatische Kapazität bzw. einen ermittelten elektrostatischen Kapazitätswert in eine entsprechende Gleichspannung umzuwandeln, und die Motorgeschwindigkeits-Steuereinrichtung 32, der die Ausgangsspannung des Detektors 31 zugeführt wird, wandelt diese Gleichspannung in ein Signal zum Steuern der Ge-

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schwindigkeit des Motors 9 um, das dann an die Steuereinrichtung 34 gegeben wird. Währenddessen dient der Komparator 33 dazu, die Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn-Drehungen des Kctors 9 zu diskriminieren bzw. festzustellen, ob der Motor 9 im Uhrzeiger- oder im Gegenuhrzeigersinn verdreht werden muß. Mit anderen Worten bedeutet das, daß dem Komparator 33 die Ausgangsspannung des Kapazitätsdetektors 31 zugeführt wird, damit er diese mit der vorerwähnten Bezugsspannung V_ß vergleichen kann, welche dem Gleichgewichtszustand entspricht. We nn die Ausgangsspannung des Detektors 31 höher als die Bezugsspannung Vg ist, dann erzeugt der Komparator 33 ein Diskriminations- bzw. Unterscheidungssignal für das Bewirken einer Drehung des Motors 9 im Gegenuhrzeigersinn, was einer Steigbewegung des Verdrängungskörpers 10 entspricht. Wenn andererseite die Ausgangsspannung des Detektors 31 niedriger als die Bezugsspannung V_ß ist, dann erzeugt der Komparator 33 ein Diskriminations- bzw. Unterscheidungssignal für das Bewirken einer Drehung des Motors im Uhrzeigersinn, was einer Abwärtsbewegung des Verdrängungskörpers 10 entspricht. Diese Signale werden der Motordrehrichtungs-Steuereinrichtung 34· zugeführt. Die Motordrehrichtungs-Steuereinrichtung 34 erhält somit sowohl das vorerwähnte Geschwindigkeitssteuersignal als auch das Diskriminations- bzw. Unterscheidungssignal, so daß sie ein Signal zum Steuern der Drehrichtung und der Geschwindigkeit des Motors 9 erzeugt, und dieses Signal wird der Motorantriebsschaltung 35 zugeführt. Diese Schaltung 35 gibt dann an den Motor 9 ein Signal zum Steuern von dessen Drehrichtung und -geschwindigkeit ab, so daß der Motor 9 in einer vorbestimmten Richtung und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit angetrieben wird.

Der Kapazitätsdetektor 31 kann von jeder beliebigen Art sein, vorausgesetzt, daß er eine elektrostatische Kapazität bzw. einen elektrostatischen Kapazitätswert in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt. Ein Beispiel des

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Kapazitätsdetektors 31 sei nunmehr in näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Fig. 5 erläutert. In Fig. 5 ist mit A. ein Operationsverstärker bezeichnet, dessen negativer (-) Ei: gangsanschluß mit dem Ausgang des variablen Kapazitätselement: C verbunden ist, während sein positiver (+) Eingangsanschluf. mit Masse verbunden ist. Mit dem Bezugszeichen e. ist die Ausgangsspannung des Hochfrequenzoszillators 26 bezeichnet; C- ist ein Rückkopplungskondensator zwischen dem negativen Anschluß (-) des Verstärkers A₁ und dessen Ausgangsanschluß; und e ist die Ausgangsspannung des Verstärkers A₁. Mit dem Bezugszeichen 36 ist eine Gleichrichterschaltung bezeichnet, die aus einem Operationsverstärker Ap, Dioden D₁ und Dp, Widerständen R₁ und Rp sowie einem Kondensator C₁ besteht, vcbei der negative Anschluß (-) des Verstärkers Ap über eine Reihenschaltung eines Kondensators C und eines Widerstands R mit der Ausgangsspannung e des Verstärkers A₁ beaufschlagt wird, während der positive Anschluß (+) des Verstärkers Ag ar. Masse gelegt ist. Weiterhin ist mit e_g die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 36 bezeichnet.

Wenn die Übertragungsfunktion des Verstärkers A₁ als Zn, bezeichnet wird, ergibt sich nun die folgende Beziehung.

^ZT- e. - C_f

Demgemäß ist die Ausgangsspannung e des Verstärkers A₁ proportional dem Kapazitätswert des variablen Kapazitätselements C . Diese Ausgangsspannung e des Verstärkers A₁ wird von der Gleichrichterschaltung 36 gleichgerichtet, um die Ausgangsspannung e_ zu erzeugen, so daß die Ausgangsspannung e_ eventuell (sofern im Proportionalitäts- bzw. Linearitätsbereich der Gleichrichterschaltung 36 gearbeitet wird) dem Kapazitätswert des variablen Kapazitätselements C_v proportional ist. Da der Verstärkungsgrad des Verstärkers A₁ sehr groß gewählt ist, kann die Spannung zwischen dem positiven (+) und dem negativen

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(-) Eingangsanschluß desselben sehr klein gemacht werden.

Die Fig. 6 ist eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Betriebsweise des Komparators 33, der die Uhrzeigersinn- und Gegenuhrzeigersinndrehungen des Motors 9 oder die Sink- und Steigbewegungen des Verdrängungskörpers 10 diskriminiert. Auf der Ordinate der Fig. 6 ist die Differenzspannung V zwischen der Ausgangsspannung des Kapazitätsdetektors 31 und der Bezugsspannung V_ß aufgetragen, während auf der Abszisse das Drehmoment T, das an den Motor 9 angelegt werden soll, aufgetragen ist. Die linke Seite der Drehmomentswerte T von der Mitte aus ist in Fig. 6 der Drehrichtung im Uhrzeigersinn oder der Absinkrichtung des Verdrängungskörpers zugeordnet, während die rechte Seite der Drehrichtung im Gegenuhrzeigersinn oder der Steigrichtung des Verdrängungskörpers zugeordnet ist, wobei die Mitte der Ordinate der Bezugsspannung Vg entspricht.

Wie man aus der obigen Erläuterung ersieht, wird bei der vorliegenden Erfindung keinerlei mechanisches Kontaktteil, wie es z.B. ein beweglicher Kontakt, ein ortsfester Kontakt, ein Schleifring, eine Bürste oder dergl. ist, welche nach dem Stande der Technik Verwendung finden, verwendet, und infolgedessen ist kein Teil für Abnützung anfällig bzw. kein Teil kann durch Abnützung ausfallen. Darüberhinaus kann, da die Änderung des Drehmoments bei der vorliegenden Erfindung elektronisch ermittelt wird, ein weiteres Steuersignal (oder mehrere weitere Steuersignale), z.B. ein Steuersignal für einen solchen abnormalen Zustand, wie er vorhanden ist, wenn ein übermäßiges Drehmoment auftritt oder der Draht 12 zu Bruch gegangen ist, leicht erzeugt werden. Außerdem ist die Form eines Schlitzes in der Abschirmplatte nicht notwendig auf eine Sektorform beschränkt, wie sie dargestellt ist, sondern sie kann auf verschiedenste Weise verändert werden, so daß man verschiedenste Arten zur Ermittlung eines Drehmoments zur

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Verfügung hat.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, daß die Abschirmplatten 20 und 21 auf die Ausführungsformen beschränkt sind, die in Fig. 3 gezeigt sind. Beispielweise kann, wie in Fig. 7 veranschaulicht ist, eine Mehrzahl von runden Öffnungen 40 und 40' anstelle der sektorförmigen Schlitze 28 und 28', die in Fig. 3 gezeigt sind, jeweils in den Abschirmplatten 20 und 21 vorgesehen sein. In diesem Fall können z.B. vier bogenförmige Öffnungen 20p mit einem Winkelabstand von 90 zwischen benachbarten, bogenförmigen Öffnungen durch die Abschirmplatte 20 gebohrt oder in sonstiger Weise hindurchgeführt sein, und demgemäß können vier Stangen 19' in entsprechender Weise verwendet werden.

Es ist auch möglich, eine Mehrzahl von quadratischen, rechteckigen oder sektorförmigen Öffnungen 50 in der Abschirn:- platte 20 auszubilden, die voneinander den gleichen Winkelabstand haben, und eine entsprechende Anzahl von dreieckigen Öffnungen 50' mit dem entsprechenden Winkelabstand in der Abschirmplatte 21 vorzusehen, wie in Fig. 8 gezeigt ist.

Weiterhin kann nach der Ausführungsform, die in Fig.9 gezeigt ist, eine große Änderung des Drehmoments unter Überdeckung eines großen bzw. weiten Winkels ermittelt werden, wenn ein sektorförmiger Schlitz 60 in der Abschirmplatte 20 vorgesehen ist, während eine entsprechende spiralförmige Öffnung 60' in der Abschirmplatte 21 über etwa die Hälfte von deren Umfang vorgesehen ist, wobei die Breite dieser letztgenannten Öffnung in der Radialrichtung allmählich längs der Umfangsricntung der Abschirmplatte 21 abnimmt.

In diesem Falle stellt man den Gleichgewichtszustand vorzugsweise in der Position ein, in welcher der Schlitz 60 etwa der Mitte der Spiralöffnung 60' entspricht bzw. sich in

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In

der Mitte der Spiralöffnung 60' befindet (das ist also etv.-a die Position, die im rechten Teil der Fig. 9 angedeutet ist).

Im Prinzip können die Abschirmplatten 20 und 21 aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, das mit den entsprechenden Öffnungen versehen ist, jedoch ist es zu bevorzugen, wie bereits weiter oben angedeutet wurde, die Abschirmplatten 20 und 21 aus elektrisch nicht leitendem Material herzustellen. Im letzteren Falle können die Abschirmplatten insbesondere so ausgebildet sein, daß auf einer ihrer Seiten ein leitfähiger Belag aufgebracht ist, und zwar mit Ausnahme der Flächen bzv,-. Bereiche, die den Öffnungen 28, 28^f; 40, 40'; 50, 50'; 60, 60' entsprechen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß in einem solchen Fall in den zuletzt erwähnten Bereichen bzw. Flächen das elektrisch isolierende Material nicht unbedingt mit einer "Öffnung" versehen zu werden braucht, sondern die Aussparungen im elektrisch leitenden Belag an diesen Stellen genügen können.

Als Verfahren zum Ermitteln der Änderung des Drehmoments, das auf die Trommelwelle 2 ausgeübt wird, können auch andere Verfahren als die Ermittlung der elektrostatischen Kapazitätswerte angewandt werden. Beispielsweise ist ein Verfahren und eine Einrichtung möglich, bei denen die Änderung der Lichtmenge, die durch den Öffnungsbereich bzw. die Öffnungsflache zwischen den Abschirmplatten 20 und 21 mittels eines Licht auesendenden Elements und eines Licht empfangenden Elements anstelle der Elektroden 24 und 25 ermittelt wird, wobei die Abschirmplatten 20 und 21 aus opakem bzw. lichtundurchlässigem Material mit Durchgangsöffnungen in den Bereichen 28, 28' ; 40,40'; 50,50'; 60,60' oder aus lichtdurchlässigem, insbesondere durchsichtigem, Material, das mit einem lichtundurchlässigen Belag versehen ist, der nur in den zuletzt erwähnten Bereichen bzw. Flächen weggelassen ist bestehen.Auch ist ein Verfahren und eine Vorrichtung möglich, bei denen die Änderung des

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magnetischen Flusses, der durch die Öffnungsfläche bzw. den Öffnungsbereich zwischen den Abschirmplatten 20 und 21 hindurchgeht, ermittelt wird, indem man anstelle der Elektroden 24 und 25 einen Magneten oder Elektromagneten und ein magnetisch empfindliches Element vorsieht, wobei die Abschirmplatten 20 und 21 aus nichtmagnetischem Material hergestellt sind, oder allgemein aus einem das magnetische Feld schwächenden Material, oder aus einem das magnetische Feld im wesentlichen nichtschwächenden Material, das mit einem Überzug eines das magnetische Feld schwächenden Materials versehen ist, jedoch mit Ausnahme der Flächen bzw. Bereiche, die den Öffnungen 28, 28'; 40,40'; 50,50'; 6θ,6θ· entsprechen.

Darüberhinaus ist es auch möglich, die Elektroden 24 und 25 durch ein Paar Spulen zu ersetzen, die durch einen Wechselstrom erregt werden, wobei die eine von ihnen mittels eines Wechselstroms erregt wird, während die andere dazu dient, den magnetischen Fluß, der durch die gemeinsamen Schlitze der Abschirmplatten 20 und 21 hindurchgeht, zu ermitteln.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die verschiedensten Abwandlungen und Änderungen im Rahmen des Gegenstands der Erfindung und des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er insbesondere auch in den Patentansprüchen zum Ausdruck kommt, vorgenommen werden können.

Es sei abschließend nocht bemerkt, daß unter einem kontaktlosen Detektor bzw. einem Detektor vom Nicht-Kontakt-Typ insbesondere, wie sich aus den Ausführungen zum Stand der Technik ergibt, ein Detektor verstanden werden soll, der Drehmomentänderungen ohne Betätigung von mechanisch betätigbaren Kontakten feststellt.

Ende der Beschreibung.

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Claims

KRAUS & W.-IISERT PATENTANWÄLTE DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER - DR -ING ANNEKATE WEISERT DIPL-ING. FACHRICHTUNG C^E'. IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 - TELEFON 089/797077-797078 · TELEX O5-212156 kpa· α TELEGRAMM KRAUSPATENT 2036 Patentansprüche

1. Flüssigkeitsnlveauraesser mit einem Verdrängungskörper, der auf einer Flüssigkeit, deren Niveau gemessen werden soll, schwimmen gelassen wird; sowie mit einem Draht, einem Band, einer Schnur oder dergl., der bzw. die an seiner:. bzw. ihrem einen Ende an dem Verdrängungskörper befestigt ist, so daß letzterer daran aufgehängt ist; mit einer Tronrrel, die an einer Trommelwelle befestigt ist und den Draht, die Schnur, das Band oder dergl. darauf aufnimmt und abgibt; einer Antriebswelle, die koaxial mit der Trommelwelle ist; einem Motor zum Antreiben der Antriebswelle durch eine Kupplungseinrichtung; einer Einrichtung zum elastischen Koppeln der Trommelwelle an die Antriebswelle; einer Einrichtung zun. Anzeigen des Niveaus der Flüssigkeit in Übereinstimmung mit der Drehung des Motors; und mit einer Einrichtung zum Ermitteln der Veränderung des auf die Trornrselwelle ausgeübten Drehmoments, welche durch eine Niveauänderung der Flüssigkeit bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Ermitteln der Veränderung des Drehmoments ein kontaktloser Detektor bzw. ein Detektor (C.26,27) vom Nicht-Kontakt-Typ ist.

2. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaktlose Detektor bzw. der Detektor (C ,26,27) vom Nicht-Kontakt-Typ eine Einrichtung (27) zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Ansprechung auf die Drehmomentänderung und zum Zuführen des elektrischen Signals zu

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dem Motor (9) umfaßt, so daß die Trommel (1) in einer Richtung gedreht wird, welche der Drehmomentänderung entspricht, und zwar bis zu einem Gleichgewichtszustand des Drehmoments mit der elastischen Kopplungseinrichtung (11).

3· Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor bzw. die Detektoreinrichtung (C ,26,27) eine eine Kapazität bildende Einrichtung bzw. eine Einrichtung mit veränderlicher Kapazität (20,21,24, 25) umfaßt.

4. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die die Kapazität bildende Einrichtung bzw. die Einrichtung mit veränderlicher Kapazität (20,21,24,25) ein Paar ringförmiger Elektroden (24,25) aufweist, die unter Bildung eines Zwischenraums zwischen ihnen angeordnet sind, sowie eine Kapazitätsänderungseinrichtung (20,21), die zwischen dec Paar ringförmiger Elektroden (24,25) angeordnet ist.

5. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsänderungseinrichtung von einem Paar Abschirmplatten (20,21) gebildet wird, die zwischen dem Paar von Elektroden (24,25) angeordnet sind, wobei die Abschirmplatten (20,21) voneinander und außerdem von dem Paar von.Elektroden (24,25) im Abstand vorgesehen sind.

6. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch jede der Abschirmplatten (20,21) wenigstens eine Öffnung (28,28';40,40';50,50';60,60') ausgebildet ist, so daß dann, wenn die beiden Abschirmplatten (20,21) relativ zueinander in Ansprechung auf eine Niveauänderung der Flüssigkeit verdreht werden, ein beiden Öffnungen (28,28·; 40,40·,-50,50';60,60·) des Paars von Abschirmplatten (20,21) gemeinsamer Öffnungsbereich bzw. eine ihnen gemeinsame Öffnungsfläche verändert wird und damit auch eine Änderung des

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Kapazitätswerts bzw. der Kapazität, der bzw. die von den beiden Elektroden (24,25) gebildet wird, in Ansprechung auf die Niveauänderung der Flüssigkeit erfolgt.

7. Flussigkeitsniveaumesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung bzw. die Öffnungen (28,28·) eine Sektorform bzw. die Form eines Kreisringabschnitts hat bzw. haben.

8. Flussigkeitsniveaumesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung bzw. die Öffnungen (40,40') eine runde Form bzw. Kreisform hat bzw. haben.

9· Flussigkeitsniveaumesser nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine der Abschirmplatten (20) wenigstens eine sektorförmige Öffnung (50)bzw. eine Öffnung in Form eines Kreisringabschnitts vorgesehen ist, während durch die andere Abschirmplätte (21) eine entsprechende, dreieckige Öffnung (50') vorgesehen ist.

10. Flussigkeitsniveaumesser nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die eine Abschirmplatte (20) ein sektorförmiger Schlitz (60) bzw. ein Schlitz in Form eines Kreisringabschnitts vorgesehen ist, während durch die andere Abschirmplatte (21) ein spiralförmiger Schlitz (60') vorgesehen ist.

11. Flussigkeitsniveaumesser nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27), welche ein elektrisches Signal in Ansprechung auf die Drehmomentänderung liefert, einen Kapazitätsdetektor (31) aufweist, der mit der eine Kapazität bildenden Einrichtung bzw. mit der Einrichtung veränderlicher Kapazität (C ) verbunden ist, so daß er ein Ausgangssignal liefert, welches dem Kapazitätswert bzw. der Kapazität entspricht, die von der die Kapazität bildenden

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Einrichtung bzw. von der Einrichtung veränderlicher Kapazit^x (Cy) gebildet wird; vobei dieses Ausgangssignal an den Motor (9) angelegt wird.

12. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaktlose Detektor bzw. der Detektor vom Nicht-Kontakt-Typ ein lichtemittierendes Element, ein lichtempfangendes Element und eine Lichtabschirmeinrichtiing umfaßt,die zwischen dem lichtemittierenden und dem lichtempfangenden Element angeordnet ist, so daß sich die Lichtmenge, die von dem lichtemittierenden Element durch die Lichtabschirmeinrichtung zu dem lichtempfangenden Element hindurchgeht, in Ansprechung auf die Drehung der Trommelwelle (2) ändert.

13· Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaktlose Detektor bzw. der Detektor vom Nicht-Kontakt-Typ einen Magneten, ein magnetisch empfindliches Element und eine magnetische Abschirmeinrichtung umfaßt, wobei letztere zwischen dem Magneten und dem magnetisch empfindlichen Element ingeordnet ist, so daß sie den magnetischen Fluß, der von dem Magneten herkommt und durch die magnetische Abschirmeinrichtung zu dem magnetisch empfindlichen Element hindurchgeht, in Ansprechung auf die Drehung der Trommelwelle (2) verändert.

14. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaktlose Detektor bzw. der Detektor vom Nicht-Kontakt-Typ ein Paar Spulen aufweist, von denen eitedurch einen Wechselstrom erregt wird, wobei zwischen den beiden Spulen eine Einrichtung zur Veränderung des Kopplungsgrades zwischen diesen Spulen in Ansprechung auf die Drehung der Trommelwelle (2) vorgesehen ist.

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