DE29905364U1 - Device for determining the level - Google Patents
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Description
BOEHMERT & BOEHMERTBOEHMERT & BOEHMERT
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DR.-ING. KAKL BOEHMERT. &Rgr;&Lgr; (1J99-1TO) DlPL-Ma ALBERT BOEHMERT. PA (1W2-1993) WILHELM J. H. STAHLBEKCKA, Bxna DR-INa WALTER HOORMANN. PA·. Bienen DIPL-PHYS. DR. HEINZ CODDAR. &Rgr;&Lgr;·. Mlkcben DR-INa ROLAND LIESEGANa PA-. Mfedien WOLF-DIETER KUNTZE, RA, Iun ABoM DIPL-PHYS. ROBERT MDNZHUBER. rA (1933-1992) DR LUDWIG KOUKER, RA. Brancn DR. (CHEM.) ANDREAS WINKLER. PA·. BMm MICHAELA HUTH-D ERlG, J)A. MOncbea DIPL-PhYS. DR. MARION TONHaRDT. Pa-, D DR. ANDREAS EBERT-WEIDENFELLER, RA. B DIPL-ING. EVA UESEGANG. PA·. Mond»DR.-ING. KAKL BOEHMERT. &Rgr;&Lgr; (1J99-1TO) DlPL-Ma ALBERT BOEHMERT. PA (1W2-1993) WILHELM JH STAHLBEKCKA, Bxna DR-INa WALTER HOORMANN. PA·. Bienen DIPL-PHYS. DR. HEINZ CODDAR. &Rgr;&Lgr;·. Mlkcben DR-INa ROLAND LIESEGANa PA-. Mfedien WOLF-DIETER KUNTZE, RA, Iu n ABoM DIPL-PHYS. ROBERT MDNZHUBER. rA (1933-1992) DR LUDWIG KOUKER, RA. Brancn DR. (CHEM.) ANDREAS WINKLER. PA·. BMm MICHAELA HUTH-D ERlG, J)A. MOncbea DIPL-PhYS. DR. MARION TONHaRDT. Pa-, D DR. ANDREAS EBERT-WEIDENFELLER, RA. B DIPL-ING. EVA UESEGANG. PA·. Mond»
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Vorrichtung zum Bestimmen des FüllstandesDevice for determining the filling level
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes eines Tanks nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Der Füllstand insbesondere eines drucklosen Tanks wird zur Zeit durch Füllstandsschalter, die seitlich außen am Tank angeordnet sind, sowie duch im oder unter dem Tank angeordnete Ultraschallgeber erfaßt.The invention relates to a device for determining the fill level of a tank according to the preamble of the main claim. The fill level of a pressureless tank in particular is currently detected by fill level switches that are arranged on the outside of the tank, as well as by ultrasonic sensors arranged in or under the tank.
Während letzteres insbesondere aufgrund der mangelnden Bodenfreiheit unter dem Tank und der Notwendigkeit durch die Tankwandung hindurch die Messung vorzunehmen, sehrWhile the latter is particularly difficult due to the lack of ground clearance under the tank and the need to take the measurement through the tank wall,
19401940
Niemannsweg 133 · D-24105Kiel «Telephon+49-431-84075 · Telefax+49-431-84077Niemannsweg 133 · D-24105Kiel «Telephone+49-431-84075 · Fax+49-431-84077
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aufwendig ist, ergibt sich bei ersterer seitlicher Anordnung kein kontinuierliches Meßwertsignal. Eine Anbringung von Ultraschallgebern auf der Oberseite des Tanks ist bei gewölbter Tankoberfläche ebenfalls nicht ohne zusätzliche Maßnahmen möglich.is complex, the first lateral arrangement does not produce a continuous measurement signal. Attaching ultrasonic sensors to the top of the tank is also not possible without additional measures if the tank surface is curved.
Falls eine Ultraschallsonde jedoch in den Tank hineingehängt wird, muß ein senkrechtes Abstrahlen sichergestellt werden und andererseits die Medienberührung ausgeschlossen werden. Dieses ist ebenfalls nicht einfach zu gewährleisten. However, if an ultrasonic probe is hung in the tank, vertical radiation must be ensured and contact with the media must be excluded. This is also not easy to guarantee.
Schließlich ist bereits vorgeschlagen worden, eine Ultraschallsonde als Tauchsonde an den Boden des Tankes nach oben abstrahlend anzuordnen. Hier muß wieder eine senkrechte Abstrahlung gewährleistet werden, sowie bei einem gewölbten Tankboden für eine genaue mittige Positionierung gesorgt werden.Finally, it has already been suggested that an ultrasonic probe be placed as a submersible probe on the bottom of the tank, radiating upwards. Here, vertical radiation must again be ensured, and in the case of a curved tank bottom, precise central positioning must be ensured.
Weiter hat sich die Kapselung des Ultraschallgebers, in beispielsweise Heizöl, als schwieriges Problem erwiesen, zudem hat sich gezeigt, daß die Schallwellen bei einer Anbringung an der Tankwandung insbesondere bei doppelwandigen Tanks als unerwünschtes Störsignal schneller in der Wandung um den Tank herumlaufen als das eigentliche Meßsignal auf direktem Wege. Dieses führt zu unerwünschten, nur durch aufwendige Elektronik ausgleichbaren Signalveränderungen .Furthermore, the encapsulation of the ultrasonic sensor, for example in heating oil, has proven to be a difficult problem. It has also been shown that when the sensor is attached to the tank wall, particularly in double-walled tanks, the sound waves travel faster in the wall around the tank as an undesirable interference signal than the actual measurement signal does in a direct path. This leads to undesirable signal changes that can only be compensated for by complex electronics.
Weiter ist den bekannten Verfahren bisher der Nachteil gemeinsam, daß Verstrebungen und Verstärkungen im Tank,insbesondere die häufig vorhandenen Rohrenschläuche zur Füllung/Entnahme,je nach Ausführung und Anordnung Störreflexionen der Ultraschallwelle erzeugen und dadurch Meßfehler hervorrufen, die nur durch individuelle, aufFurthermore, the known methods have the disadvantage that struts and reinforcements in the tank, especially the frequently present pipes for filling/removal, depending on the design and arrangement, generate interference reflections of the ultrasonic wave and thus cause measurement errors that can only be corrected by individual,
den Tank abgestimmte elektronische Filter eleminiert werden können.Electronic filters tailored to the tank can be eliminated.
Weiter ist allen bisher bekannten Verfahren gemeinsam, daß auch bei Schallbündelung durch vorgesetzte Richtkegel vor dem Ultraschallgeber bei konstanter Gebersignal-Amplitude (konstanter abgestrahlter Energie) die am Schallaufnehmer zurückkommende Reflexionssignal-Amplitude (eintreffende Energie der Schallwelle) exponentiell mit der Meßentfernung abnimmt.Furthermore, all previously known methods have in common that even when sound is bundled by directional cones in front of the ultrasonic transmitter, with a constant transmitter signal amplitude (constant radiated energy), the reflection signal amplitude (incoming energy of the sound wave) returning to the sound sensor decreases exponentially with the measuring distance.
Das bedeutet, daß eine früh reflektierte Welle ein um Faktoren größeres Signal am Schallaufnehmer erzeugt als eine spät reflektierte Welle. Daraus ergibt sich, daß der nachgeschaltete elektronische Signalverstärker in seinem Verstärkungsfaktor laufzeitgesteuert stark hochgeregelt werden muß, was eine aufwendige Verstärkerschaltung bedeutet, die einen beträchtlichen Kostenfaktor der gesamten Vorrichtung ausmacht.This means that a wave reflected early generates a signal at the sound sensor that is several times larger than a wave reflected late. This means that the gain factor of the downstream electronic signal amplifier must be increased significantly in a time-controlled manner, which means a complex amplifier circuit that represents a considerable cost factor for the entire device.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes zu schaffen, die mit größerer Meßsicherheit ohne aufwendige individuelle Anpassungen einsetzbar ist.The invention is based on the object of creating a simpler device for determining the fill level, which can be used with greater measuring reliability without complex individual adjustments.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder. According to the invention, this is achieved by a device with the features of the main claim. The subclaims give advantageous embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß wird der Ultraschallgeber an einem Hohlleiter, beispielsweise einem Schlauch oder auch einem Rohr angesetzt, das im wesentlichen sich vertikal im Tank angeordnet um Verstrebungen im Tankinneren herum bis in den Bereich des Tankbodens erstreckt. In dem HohlleiterAccording to the invention, the ultrasonic transmitter is attached to a waveguide, for example a hose or a pipe, which is arranged essentially vertically in the tank around struts in the tank interior up to the area of the tank bottom. In the waveguide
soll der gleiche Druck wie im Tank herrschen, so daß sich Flüssigkeitsspiegel auf die Höhe des Tankfüllstandes in diesem einstellt. Für Drucktanks wird dies dadurch ermöglicht, daß das Ende des Hohlleiters geschlossen wird und der Hohlleiter somit nur über einen Druckzugang mit dem Innenraum des Tanks kommuniziert.the same pressure as in the tank should prevail, so that the liquid level in the tank is adjusted to the height of the tank fill level. For pressure tanks, this is made possible by closing the end of the waveguide and the waveguide thus only communicates with the interior of the tank via a pressure access.
Da sich die Ultraschallwelle nicht seitlich ausbreiten kann, ist sie gezwungen, im Hohlleiter bis hinunter zum Flüssigkeitsspiegel zu laufen, dort reflektiert zu werden und im Schlauch zum Aufnehmer zurückzulaufen. Dabei wird der Schallaufnehmer die Energie der Schallwelle in ein elektrisches Signal zurückumwandeln, dessen Amplitude nahezu unabhängig von der Lauflänge ist, so daß der nachgeschaltete Verstärker nicht über einen großen Bereich zeitabhängig geregelt werden muß, sondern über den gesamten Meßbereich mit einem fixen Verstärkungsverhältnis arbeiten kann.Since the ultrasonic wave cannot spread sideways, it is forced to run in the waveguide down to the liquid level, where it is reflected and runs back through the tube to the sensor. The sound sensor converts the energy of the sound wave back into an electrical signal, the amplitude of which is almost independent of the length of the path, so that the downstream amplifier does not have to be regulated over a large range in a time-dependent manner, but can work with a fixed amplification ratio over the entire measuring range.
Werden Schlauchdurchmesser und Wellenlänge (Schallfrequenz) so gewählt, daß die Wellenlänge größer ist, als der Schlauchinnendurchmesser, so kann die Schallwelle nicht an der Schlauchinnenwandung vorzeitig reflektiert werden und Störsignale erzeugen. Weiter ist nicht erforderlich, daß der Schlauch exakt gerade hängt. Die Schallwelle durchläuft selbst Schlauchbiegungen ohne Probleme.If the hose diameter and wavelength (sound frequency) are selected so that the wavelength is larger than the inner diameter of the hose, the sound wave cannot be prematurely reflected on the inner wall of the hose and generate interference signals. Furthermore, it is not necessary for the hose to hang exactly straight. The sound wave even passes through hose bends without any problems.
Hierbei entsteht, durch die Streckenänderung bedingt, eine geringe und meist vernachlässigbare Meßwertverfälschung nur dann, wenn sich die Schlauchbiegung unterhalb des Maximalfüllstandes befindet. Ansonsten ist eine zusätzliche Länge des Hohlleiters oberhalb des Maximalfüllstandes unbeachtlich. Dies erlaubt es auch, die Hohlleiter vorzufertigen und in festen Längen anzubieten, ohneThis causes a slight and mostly negligible distortion of the measured value due to the change in distance only if the hose bend is below the maximum filling level. Otherwise, an additional length of the waveguide above the maximum filling level is irrelevant. This also allows the waveguide to be prefabricated and offered in fixed lengths without
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daß diese auf den jeweiligen Tank spezifisch angepaßt werden müssen. Eine gegebenenfalls überragende Länge des Hohlleiters, die nach oben aus dem Tank herausragt, ist ohne weiteres tolerierbar.that these must be specifically adapted to the respective tank. Any excessive length of the waveguide that protrudes upwards from the tank is easily tolerated.
Durch die geringen Verluste der Ultraschallwelle in dem Hohlleiter können auch größere Schlauchlängen bis über 100 m eingesetzt werden, so daß die Ultraschallsonde nicht direkt in Tanknähe plaziert werden muß, sondern ggf. sogar in einem anderen Stockwerk angeordnet werden kann.Due to the low losses of the ultrasonic wave in the waveguide, even longer hose lengths of up to 100 m can be used, so that the ultrasonic probe does not have to be placed directly near the tank, but can even be placed on another floor if necessary.
Nach Setzen eines Referenzpunktes (Einpunkt-Kalibrierung) führt jede Füllstandsänderung Ah zu einer proportionalen Änderung des Meßwertes At:After setting a reference point (single-point calibration) every level change Ah leads to a proportional change in the measured value At:
href + Ah = tref + Athref + Ah = t ref + At
Für den Fall, daß die Schlauchlänge bei der Installation nicht verkürzt wird, kann der Referenzwert bereits herstellerseitig gesetzt werden, das heißt jede Kalibrierung vor Ort auf die Tankhöhe oder die Füllstandshöhe kann entfallen.In the event that the hose length is not shortened during installation, the reference value can already be set by the manufacturer, which means that any on-site calibration to the tank height or the fill level can be omitted.
Vorteilhaft bei der Realisation ist die Ausführung des Hohlleiters als Schlauch, der mit einem Senkgewicht am Schlauchende entweder als schlauchverlängerndes Rohrstück oder als Innen- oder Außenmetallhülse auf dem Schlauch ausgeführt sein kann, wobei es möglich ist, den Schallführungsschlauch durch eine einzige Bohrung in den Tank einzuführen, zum Beispiel durch die Bohrung für die Überwurf verschraubung am Tankstutzen eines Ölvorratstanks.The advantage of the implementation is that the waveguide is designed as a hose, which can be designed with a counterweight at the end of the hose, either as a hose extension piece or as an inner or outer metal sleeve on the hose, whereby it is possible to insert the sound guide hose into the tank through a single hole, for example through the hole for the union screw connection on the tank nozzle of an oil storage tank.
Von besonderem Vorteil ist es zudem, daß die Tankstutzenverschraubung mit der Tankanschlußarmatur nicht demon-Another particular advantage is that the tank nozzle screw connection with the tank connection fitting cannot be dismantled.
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tiert werden muß, um das Meßsystem zu installieren. Gleichzeitig ist die Art der Schlauchmontage richtungsunkritisch, da sich der Schlauch stets im Lot zur Durchführungsöffnung einpendelt. Da die Empfangselektronik ohne Zeit gekoppelte Verstärkungsregelung auskommt, kann sich wesentlich kostengünstiger gefertigt werden.must be installed in order to install the measuring system. At the same time, the type of hose assembly is not direction-critical, since the hose always settles perpendicular to the feedthrough opening. Since the receiving electronics do not require time-coupled gain control, it can be manufactured much more cost-effectively.
Die Meßsonde hat weder mit der zu messenden Flüssigkeit direkten Kontakt, noch muß die Meßsonde im Tank montiert werden oder direkten physikalischen Kontakt mit der Behälterwandung aufweisen.The measuring probe has neither direct contact with the liquid to be measured, nor does the measuring probe have to be mounted in the tank or have direct physical contact with the container wall.
Dadurch, daß kein physikalischer Kontakt mit dem Tank vorgesehen ist und der Schallweg am Reflektionskörper nah der Meßstrecke vorbeigefügt wird, kann es nicht zu Störreflektionen kommen, so daß die Empfangselektronik auch ohne eine Filterschaltung gegen Störreflektionssignale auskommt.Because there is no physical contact with the tank and the sound path is placed past the reflection body close to the measuring section, no interference reflections can occur, so that the receiving electronics can also function without a filter circuit against interference reflection signals.
Auch muß keine Kalibrierung auf Materialstärke und Ausführung der Tankwandung vorgenommen werden, sondern die zu messende Flüssigkeit kann in stets gleicher Weise als Flüssigkeitsoberfläche im Hohlleiter bereits vom Werk aus einkalibriert werden.There is also no need to calibrate the material thickness and design of the tank wall, but the liquid to be measured can always be calibrated in the same way as the liquid surface in the waveguide at the factory.
Vor Ort kann Bodensatz im Tank oder eine andere Nullpunkt-Verschiebung auf einfache Weise durch entsprechende Höhenpositionierung bei der Schlauchmontage erfolgen. On site, sediment in the tank or other zero point shifts can be easily corrected by appropriate height positioning during hose assembly.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Dabei zeigtFurther advantages and features of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention with reference to the accompanying drawing.
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-&tgr;--&tgr;-
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Tank im Schnitt.Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention on a tank in section.
Dabei zeigt in der Fig. 1 das Bezugszeichen 12 den Tankboden, Bezugszeichen 14 den Füllstand, während der Schallgeber mit Bezugszeichen 10 außerhalb der Tankoberseite 16 an einem Schlauch 18, der als Hohlleiter dient, angeordnet ist. Dieser Schlauch ist um eine schematisch angedeutete Verstrebung 20, die im Tankinneren häufig vorkommt, herumgeführt.In Fig. 1, reference number 12 shows the tank bottom, reference number 14 the fill level, while the sound generator with reference number 10 is arranged outside the tank top 16 on a hose 18 that serves as a waveguide. This hose is guided around a schematically indicated strut 20 that is often found inside the tank.
An seinem unteren Ende weist der Schlauch 18 eine Beschwerungshülse 22 auf, die kurz vor dem Tankboden endet. An der Tankoberseite ist die Schlauchdurchführung 24 mit Schlauchhalteschellen 26 realisiert, wobei der atmosphärische Zugang zu dem Hohlleiter an dem mit Bezugszeichen 28 dargestellen Gehäuse für den Ultraschallgeber vorgesehen ist.At its lower end, the hose 18 has a weighting sleeve 22 that ends just before the bottom of the tank. On the top of the tank, the hose passage 24 is realized with hose clamps 26, whereby the atmospheric access to the waveguide is provided on the housing for the ultrasonic transmitter, shown with reference number 28.
Claims (4)
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10020000A1 (en) * | 2000-04-22 | 2001-12-06 | Audi Ag | Fill level limiting device on motor vehicle fuel tank has electrically operated valve influenced by fill level sensor and at least one further sensor, e.g. tank cover position sensor |
| DE102007059853B4 (en) * | 2007-12-12 | 2018-01-25 | Robert Bosch Gmbh | Device for measuring a level of a liquid in a container |
-
1999
- 1999-03-24 DE DE29905364U patent/DE29905364U1/en not_active Expired - Lifetime
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| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990805 |
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| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20021001 |