DE2922975A1 - RESONANCE LIQUID LEVEL METER FOR DIELECTRIC LIQUIDS - Google Patents
RESONANCE LIQUID LEVEL METER FOR DIELECTRIC LIQUIDSInfo
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- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
Description
Dipl.-lng. H. Leinweber owo-wi Dipl.-lng. Heinz Zimmermann Dipl.-lng. A. Gf. ν. WengerskyDipl.-Ing. H. Leinweber owo-wi Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-Ing. A. Gf. ν. Wengersky
2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2603989 Telex 528191 lepatd Telegr.-Adr. Leinpat München2. Ascent (Kustermann-Passage) Telephone (089) 2603989 Telex 528191 lepatd Telegr. Addr. Leinpat Munich
den 6. Juni 1979June 6, 1979
Wy/SmWy / Sm
ENERGOINVEST, 9100 Sarajevo, JugoslawienENERGOINVEST, 9100 Sarajevo, Yugoslavia
Resonanz-Flüssigkeitsstandsmeßgerät für dielektrischeResonance liquid level meter for dielectric
Flüssigkeitenliquids
Flüssigkeitsstandsmeßgeräte werden benützt, um den Flüssigkeitsspiegel eines Materials zu bestimmen. Die Irformation über den Stand des Flüssigkeitsspiegels kann in Form einer Flüssigkeitsstandsanzeige auf einem Anzeigeinstrument oder in Form von entsprechenden elektrischen Signalen erfolgen, deren Größe proportional zum Flüssigkeitsstand ist. Dieses Signal kann so für die Aufzeichnung des Flüssigkeitsstandes verwendet werden oder auch für komplexere Betriebsoperationen, wie die Computersteuerung des Verfahrens. Aus diesem Grunde gibt es eine große Anzahl unterschiedlicher Typen von Flüssigkeitsstandsmeßgeräten. Die einfachsten Geräte geben lediglich eine Information über den Flüssigkeitsstand mit Hilfe der Anzeige eines Zeigers. Die hochentwickelten Anzeiger bietenLiquid level gauges are used to determine the liquid level of a material. The Irformation The level of the liquid level can be shown in the form of a liquid level indicator on a display instrument or in the form of corresponding electrical signals, the size of which is proportional to the liquid level is. This signal can be used for recording the liquid level or else for more complex operational operations such as computer control of the process. For this reason there is one large number of different types of liquid level gauges. The simplest devices only give information about the liquid level with the help of the display of a pointer. The advanced scoreboards offer
909851/0733909851/0733
eine hohe Meßgenauigkeit, Betriebssicherheit und einen standardisierten elektrischen Ausgang, der für die Weiterverarbeitung in Verfahrenssteuergeräten geeignet ist.a high measurement accuracy, operational safety and a standardized electrical output that is suitable for further processing in process control devices.
Diese letzte Gruppe von Flüssigkeitsstandsmeßgeräten besteht aus elektrischen Flüssigkeitsstandsmeßgeräten und weist aufgrund der Entwicklung von entsprechenden elektronischen Bauelementen und der zugehörigen Technologie definierte Vorteile gegenüber allen anderen Vorrichtungen zum Bestimmen des Standes von Flüssigkeitsspiegeln auf.This last group of liquid level gauges consists of electrical liquid level gauges and has defined advantages due to the development of corresponding electronic components and the associated technology compared to all other devices for determining the level of liquid levels.
Von besonderer Bedeutung sind die elektrischen Flüssigkeitsstandsmeßgeräte für flüssiges dielektrisches Material. Diese werden insbesondere für die Flüssigkeitsstandsbestimmung in der Ölindustrie, für die Treibstoffstandsanzeige in Flugkörpern und in der chemischen Industrie für das Messen von Flüssigkeitsständen verschiedener ölsorten angewendet. Zusätzlich zur Genauigkeit der Meßoperation und zur notwendigen Verläßlichkeit auch unter schwierigen Meßbedingungen besteht ein Problem der Flüssigkeitsstandsmessung in Tanks unregelmäßiger Form darin, daß die Materialmenge keine lineare Funktion der Höhe des Flüssigkeitsspiegels ist. Dieses Problem ist insbesondere bei der Flüssigkeitsstandsmessung des Betriebsstoffes in Flugkörpern von erheblicher Bedeutung.The electrical liquid level measuring devices are of particular importance for liquid dielectric material. These are used in particular to determine the fluid level in the oil industry, for the fuel level indicator in missiles and used in the chemical industry for measuring liquid levels of various types of oil. Additionally for the accuracy of the measuring operation and the necessary reliability even under difficult measuring conditions Problem of measuring the liquid level in tanks of irregular shape is that the amount of material is not a linear function of the Is the height of the liquid level. This problem is particularly evident when measuring the fluid level of the operating material in missiles of considerable importance.
In einem Flugkörper, insbesondere einem Flugzeug, wird aller zur Verfügung stehender Raum zur Unterbringung des Brennstoffs, insbesondere des Flugbenzins benötigt. Die Brennstofftanks haben deshalb eine besonders unregelmäßige Form. Das führt wieder zu einer besonders ausgeprägten Nichtlinearität der Funktion der Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Brennstoffmenge von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels.In a missile, in particular an aircraft, all available space to accommodate the fuel, especially the aviation fuel needed. The fuel tanks therefore have a particularly irregular shape. That again leads to a particularly pronounced non-linearity of the function of the dependency of the available Amount of fuel from the height of the liquid level.
Beim kapazitiven Verfahren der Flüssigkeitsstands-With the capacitive method of the liquid level
909851/0733 _ _909851/0733 _ _
messung wird die Kapazität gemessen, die zwischen einer Sonde §measurement, the capacitance is measured that is between a probe §
und dem bezüglich seines Flüssigkeitsstandes aus zumessenden % and the% to be measured in relation to its liquid level
Material besteht, in das die Sonde eingetaucht ist. Die Messung |Material in which the probe is immersed. The measurement |
der Kapazität wird mit Hilfe einer Meßbrücke ausgeführt. |the capacity is carried out with the help of a measuring bridge. |
Um das Problem bei solchen Messungen einer Lösung zu- f. zufüh-ren, wird die Sonde bei derartigen Kapazitäts-Flüssig- fc keitsstandsmeßgeräten in die Form eines zylindrischen Konden- ITo address the problem to-f measurements in such a solution. Zufüh-ren, the probe is in such capacity liquid keitsstandsmeßgeräten fc in the form of a cylindrical condensation I
sators gebracht, dessen Oberflächen entsprechend der Funktion |sators, whose surfaces correspond to the function |
der Nichtlinearität des Tanks gestaltet sind. Ein Spezialver- |the non-linearity of the tank. A special |
fahren zur Metallisierung von Kunststoffmassen wird hierfür Idrive to the metallization of plastic masses is for this purpose I
eingesetzt. Nach diesem Verfahren wird die Sonde aus einer |used. After this procedure, the probe is made from a |
Kunststoffmasse hergestellt und die entsprechend dem Funktions- ί wert der Tank-Nichtlinearität geformte Kondensatoroberfläche wird durch Metallablagerungen erhalten.Plastic mass produced and according to the functional ί The surface of the capacitor formed worth the tank non-linearity is obtained by metal deposits.
Das Resonanz-Flüssigkeitsstandsmeßgerät für dielektrische Flüssigkeiten gehört zur Gruppe der elektrischen Flüssigkeitsstandsübertrager und hat eine hohe Genauigkeit, sowie eine hohe Betriebssicherheit. Es benützt die Technik der integrierten Halbleiterbauelemente. Das Problem der Flüssigkeitsstandsbestimmung in Tanks mit nichtlinearer Beziehung zwischen zur Verfügung stehender Brennstoffmenge und Flüssigkeitsspiegelhöhe läßt sich dabei sehr einfach lösen. Diese Eigenschaften machen das Resonanz-Flüssigkeitsstandsmeßgerät ideal für Flüssigkeitsstandsbestimmungen in der Industrie und bei hochkomplexen Anwendungen, wie in Flugkörpern. Vor der ins einzelne gehenden Beschreibung des Meßgerätes sollen nun die neun Merkmale des Erfindungsgegenstandes beschrieben werden:The resonance liquid level measuring device for dielectric liquids belongs to the group of electrical liquid level transmitters and has a high level of accuracy and reliability. It uses the technology of the integrated Semiconductor components. The problem of determining the liquid level in tanks with a non-linear relationship between the The amount of fuel available and the liquid level can be solved very easily. Make these properties the resonance liquid level measuring device ideal for determining liquid level in industry and in highly complex applications such as missiles. Before the detailed Description of the measuring device, the nine features of the subject of the invention will now be described:
Zunächst ist wichtig, daß das Resonanz-Flüssigkeitsstandsmeßgerät für dielektrische Flüssigkeiten die Resonanz in Kabeln auswertet, deren Länge gleich einer viertel Wellen-First of all, it is important that the resonance liquid level meter for dielectric liquids has the resonance evaluates in cables, the length of which is equal to a quarter wave
909851/0732 ' 4 "909851/0732 ' 4 "
:i - 4 -: i - 4 -
s länge des Treibsignals ist. Zu diesem Zweck sind die Sonden •j als die Fühlelemente der Vorrichtung in Form eines Koaxialst; kabeis ausgebildet. s is the length of the drive signal. For this purpose the probes • j as the sensing elements of the device are in the form of a coaxial st; kabeis trained.
; Es existiert eine eindeutige Beziehung zwischen der; There is a definite relationship between the
Tiefe des Eintauchens der Sonde in das auszumessende Material und der Resonanzfrequenz, die als Sondenantwortfrequenz bezeichnet wird. Bedenkt man , daß die Sondenantwortfrequenz am Beginn und am Ende nichtlinear ist, so läßt sich der nichtlineare Teil der Sondenmeßkennwerte durch eine scheinbare Verlängerung der Sonde entfernen. Diese wird dadurch erreicht, daß man an die Sondenenden eine Induktivität anschließt und >j eine entsprechende Kapazität an die Speiseklemme. Hat bei-I spielsweise die Sonde eine physikalische Länge von einem Meter, I so kann man durch Hinzufügen einer Induktivität am Ende und § einer Kapazität am Eingang eine Sonde mit einer scheinbaren ;; Länge von vier Metern erhalten, von der nur die reale Länge ;5 von einem Meter für die Messung verwendet wird.Depth of immersion of the probe in the material to be measured and the resonance frequency, which is referred to as the probe response frequency. Considering that the probe response frequency is non-linear at the beginning and at the end, the non-linear part of the probe measurement characteristics can be removed by an apparent elongation of the probe. This is achieved by connecting an inductance to the probe ends and a corresponding capacitance to the supply terminal. For example, if the probe has a physical length of one meter, I can create a probe with an apparent ; by adding an inductance at the end and a capacitance at the input. ; Preserved length of four meters, of which only the real length; 5 of one meter is used for the measurement.
I Bei der Flüssigkeitsstandsmessung im dielektrischenI When measuring the liquid level in the dielectric
Vl Material ergibt sich für di* sich entlang des Kabels fort-Vl material results for di * proceeding along the cable
I pflanzende Welle eine verminderte Geschwindigkeit, wenn sieI planting wave a decreased speed when it
I in das dielektrische Material eintritt. Das führt zu einerI enters the dielectric material. That leads to a
I Verminderung der Resonanzfrequenz. Die Resonanzfrequenz hatI Reduction of the resonance frequency. The resonance frequency has
;! also einen Maximalwert, wenn die Sonde nicht in das Material;! thus a maximum value when the probe is not in the material
'§ eintaucht. '§ immersed.
Z Durch die spezielle Konstruktion eines elektronischen Z Due to the special construction of an electronic
j Oszillators, dessen Oszillatorelement der Fühlabschnitt derj oscillator whose oscillator element is the sensing section of the
Sonde mit den scheinbaren Verlängerungen ist, wird eine ·"> Oszillatorfrequenz entsprechend der Sondenresonanzfrequenz % erhalten, die eine Funktion des Niveaus ist, bis zu dem die Sonde in das auszumessende Material eintaucht.Probe with the apparent extensions, an oscillator frequency corresponding to the probe resonance frequency % is obtained, which is a function of the level to which the probe is immersed in the material to be measured.
909851/0732 - 5 -909851/0732 - 5 -
• ·• ·
• ·• ·
Bedenkt man, daß der Fühlabschnitt der Sonde geradlinig aufgebaut ist, so ist klar, daß der Parameter der Sor.denimpedanz durch entsprechende Auswahl der Sondenabmessungen bestimmt wird. In der praktisch verwendeten Konstruktion ist es das einfachste Verfahren, der Sonde die Form eines Koaxialkabels zu geben.If one considers that the sensing section of the probe is constructed in a straight line, it is clear that the parameter of the sensor impedance is determined by appropriate selection of the probe dimensions. In the construction practically used is it is the simplest method to give the probe the shape of a coaxial cable.
Der innenliegende Stab und das außenliegende Rohr stellen entsprechende Leiter dar und die Sondenimpedanz hängt von der Dimensionierung ihrer Durchmesser ab.The internal rod and the external tube represent corresponding conductors and the probe impedance depends on the dimensioning of their diameter.
Durch ändern des Durchmessers des innenliegenden Leiters, also des Stabes, kann die Sondenimpedanz verändert und eine Nichtlinearität in ihre Antwortfrequenz eingeführt werden. Es ist so sehr einfach und durch herkömmliche Bearbeitung des Innenleiters auf der Drehbank zu erreichen, daß die erforderliche Nichtlinearität eingeführt wird.By changing the diameter of the internal conductor, i.e. the rod, the probe impedance can be changed and a Non-linearity can be introduced into their response frequency. It is so very easy and through conventional editing of the Inner conductor on the lathe to achieve that the required non-linearity is introduced.
Das stellt einen großen Vorteil eines derartigen Flüssigkeitsstandsmeßgerätes bei Anwendungen dar, bei denen der Flüssigkeitsstand in Tanks mit nichtlinearer Abhängigkeit des Tankinhalts vom jeweiligen Flüssigkeitsspiegel bestimmt wird. Das Problem der Frequenzumsetzung in einen Standardstrom oder eine Standardspannung ist einfach zu lösen und dem Fachmann vertraut.This is a great advantage of such a liquid level measuring device in applications in which the liquid level in tanks is determined with a non-linear dependence of the tank content on the respective liquid level will. The problem of frequency conversion into a standard current or a standard voltage is easy to solve and one skilled in the art trusted.
In der folgenden Beschreibung wird die Zeichnung anhand der Figuren, auf die wegen der Offenbarung aller im folgenden nicht näher erläuterten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, im einzelnen erläutert. Es zeigen,In the following description, the drawing is based on the figures, on the basis of the disclosure of all in the following details not explained in more detail are expressly referred to, explained in detail. Show it,
Fig. 1 den Aufbau des Flüssigkeitsstandsmeßgerätes für dielektrische Flüssigkeiten mit den wichtigsten Einzelheiten,Fig. 1 shows the structure of the liquid level measuring device for dielectric liquids with the main details,
909851/0732 . 6 -909851/0732. 6 -
Fig. 2 eine Blockschaltung hierzu, undFig. 2 shows a block diagram for this, and
Fig. 3 eine elektrische Schaltung mit Angabe der einzelnen Bauteile.3 shows an electrical circuit with details of the individual components.
Das Resonanz-Flüssigkeitsstandsmeßgerät enthält drei Hauptteile, nämlich die Sonde (61-66, 48, 35), das HF-Verbindungskabel 36 und den elektronischen Übertrager (67, 68, 37). Die Teile sind in Fig. 1 gezeigt. Die Funktionstafel 62 gehört zum Oszillator der Sondenelektronik und die Funktionstafel 68 zur Übertragerelektronik.The resonance liquid level meter contains three main parts, namely the probe (61-66, 48, 35), the RF connection cable 36 and the electronic transmitter (67, 68, 37). The parts are shown in FIG. The function table 62 belongs to the oscillator of the probe electronics and the function panel 68 to the transmitter electronics.
Der Fühlabschnitt der Sonde ist in Form eines geradlinigen Koaxialleiters aufgebaut, dessen Länge dem möglichen Bereich von Flüssigkeitsständen des zu messenden Materials entspricht. Der Innenstab 65 bildet den einen, das Außenrohr 64 von Fig. 1 den anderen Leiter des Kabels.The sensing section of the probe is constructed in the form of a straight coaxial conductor, the length of which is as long as possible Corresponds to the range of liquid levels of the material to be measured. The inner rod 65 forms one, the outer tube 64 of Fig. 1 the other conductor of the cable.
Die Fühlteile (64, 65) sind die Elemente eines Oszillators und speisen auf die in Fig. 3 gezeigte Weise einen Transistor 46, einen Kondensator 54 und Widerstände 45, 49, 50, die auf die gezeigte Weise verschaltet sind. Der Oszillator ist/im Sondenkopf 61 untergebracht (Fig. 1). Eine Induktivität 48 und Kondensatoren 54, 55 bilden die Teile für die scheinbare Verlängerung der Sonde um einen linearen Abschnitt des Frequenzansprechvermögens für die Messung zur Verfügung zu stellen.The sensing parts (64, 65) are the elements of an oscillator and feed a transistor in the manner shown in FIG 46, a capacitor 54 and resistors 45, 49, 50 which are connected in the manner shown. The oscillator is / im Probe head 61 housed (Fig. 1). An inductance 48 and capacitors 54, 55 form the parts for the apparent extension of the probe to provide a linear portion of the frequency response for the measurement.
Über einen Kondensator 44 und einen Emitterkopplungsverstärker aus Transistor 40 und Widerständen 41, 42 und 43 wird das Hochfrequenz-Verbindungskabel 36 mit einem Signal gespeist, dessen Frequenz proportional zum Flüssigkeitsstand ist. Dieses Signal gelangt über das HF-Verbindungskabel 36, das in Fig. nur symbolisch angedeutet ist, zur Eingangsklemme des elektronischen Übertragers, in dem eine Umsetzung der Frequenz inVia a capacitor 44 and an emitter coupling amplifier made up of transistor 40 and resistors 41, 42 and 43 the high-frequency connecting cable 36 is fed with a signal whose frequency is proportional to the liquid level. This The signal reaches the input terminal of the electronic via the HF connection cable 36, which is only indicated symbolically in FIG Transformer in which an implementation of the frequency in
909851/0732 - ι - 909851/0732 - ι -
.till.till
ein Standardstromsignal stattfindet. Das gleiche Kabel wird für die Spannungsversorgung des Oszillators in Form einer überlagerten Gleichstromkomponente benützt, die mit Hilfe/einer Induktivität 38 und eines Kondensators 39 vom Hochfrequenzsignal getrennt wird.a standard current signal takes place. The same cable is superimposed for the voltage supply of the oscillator in the form of a DC component used, the with the help / an inductance 38 and a capacitor 39 from the high-frequency signal is separated.
Der Flansch 63 zwischen Sondenkopf 61 und der eigentlichen Sonde aus Außenrohr 64 und Innenstab 65 dient zum Einbau der Sonde in Brennstofftanks. Die eigentliche Sonde ist so mit ihrem Fühlabschnitt in Kontakt mit dem zu messenden Material. Zum Kopieren der Tanknichtlinearität ist der Durchmesser des durch den Innenstab 65 gebildeten Innenleiters in Form einer Funktion der vorliegenden Nichtlinearität modelliert.The flange 63 between the probe head 61 and the actual probe consisting of the outer tube 64 and the inner rod 65 is used for installation the probe in fuel tanks. The actual probe is like that with their sensing section in contact with the material to be measured. To copy the tank nonlinearity, the diameter of the The inner conductor formed by the inner rod 65 is modeled in the form of a function of the present non-linearity.
Fig. 2 zeigt die Blockschaltung mit der Funktion der einzelnen Blöcke: Funktionsblock 71 umfaßt den Fühlabschnitt der Sonde und ist mit dem Oszillator 72 zur Sonde zusammengefaßt. Fig. 2 shows the block circuit with the function of the individual blocks: Function block 71 comprises the sensing section the probe and is combined with the oscillator 72 to form the probe.
In Abhängigkeit von der Eintauchtiefe des Fühlabschnitts der Sonde in das zu messende Material ergibt sich eine entsprechende Resonanzfrequenz am Oszillator, die über das HF-Verbindungskabel zum elektronischen Übertrager mit den Funktionsblöcken 73, 74 und 75 übertragen wird. Die Funktionsblöcke und 74 bestehen aus integrierten Frequenzteilern 17, 18 und (Fig. 3), die die Resonanzfrequenz f des Signals von der Sonde durch den Divisor 100 teilen,sowie einer RC-Schaltung aus Widerstand 22, Kapazität 23 und Widerstand 24, zum Umsetzen in ein Millivoltsignal U.Depending on the depth of immersion of the sensing section of the probe in the material to be measured, a corresponding one results Resonance frequency on the oscillator, which is transmitted via the HF connection cable to the electronic transmitter with the function blocks 73, 74 and 75. The function blocks and 74 consist of integrated frequency dividers 17, 18 and (Fig. 3) which determine the resonance frequency f of the signal from the probe divide by the divisor 100, as well as an RC circuit Resistor 22, capacitance 23 and resistor 24, for converting into a millivolt signal U.
Beim Funktionsblock 75 von Fig. 2 handelt es sich um einen Spannungs/Strom-Wandler, der das Millivoltsignal U in einen standardisierten Strom einer Stromstärke von 0 bis 20 mA umsetzt. Dieser Spannungs/Strom-Wandler umfaßt den Operations-Function block 75 of FIG. 2 is a voltage / current converter which converts the millivolt signal U in converts a standardized current with a current strength of 0 to 20 mA. This voltage / current converter includes the operational
909851/07 32 . 8 .909851/07 32. 8 .
« · « · ■ · · • ι·ιι «·« · ■ · · • ι · ιι
I It <I It <
292297$$ 292,297
verstärker 30 und den Transistor 33 von Fig. 3 mit den zugehörigen dort gezeigten Schaltteilen in entsprechender Verschaltung. amplifier 30 and transistor 33 of Fig. 3 with the associated Switching parts shown there in corresponding interconnection.
Das komplette Flüssigkeitsstandsmeßgerät erfordert noch eine Gleichspannungsversorgung mit 22 bis 29 Volt, die über einen stabilisierten Spannungsregler 5 (siehe Fig. 3) erzielt \ird. Ein Operationsverstärker 8 und Transistoren 9, liefern die anderen, für die Funktion des Meßgerätes erforderlichen Spannungen. Bezüglich aller übrigen Teile wird auf Fig. 3 und die dort gezeigte Schaltung verwiesen.The complete liquid level measuring device still requires a DC voltage supply with 22 to 29 volts, the A stabilized voltage regulator 5 (see Fig. 3) is achieved. An operational amplifier 8 and transistors 9, supply the other voltages required for the function of the measuring device. For all other parts, refer to Fig. 3 and the circuit shown there referenced.
- 9 909851/0732 - 9 909851/0732
Claims (1)
η Liquid is immersed.
η
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |