DE3005851A1

DE3005851A1 - Liq. level monitoring based on relative transmissivity - using ultrasonic transmitter and receiver of varying sweeping frequency and measuring resonances

Info

Publication number: DE3005851A1
Application number: DE19803005851
Authority: DE
Inventors: Friedrich 2800 Bremen Schittek
Original assignee: Gustav F Gerdts KG
Current assignee: Gustav F Gerdts KG
Priority date: 1980-02-16
Filing date: 1980-02-16
Publication date: 1981-09-03

Abstract

The liq.level is monitored using an ultrasonic transmitter and receiver. Both are immersed in the liq. or not according to the liq.level. The method operates without the transmitted ultrasonic frequency being exactly fixed using an arrangement of transfer elements between the transducer and the measurement point. It is insensitive to varieties in the resonant frequencies of the transmitter and receiver. The frequency of the transmitter is swept within a defined frequency range (12) and the liq.level determined from the resonances occurring in the receiver. The receiver output is rectified or fed to a peak value detector determining the max. resonant voltage after each sweep period.

Description

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flüssigkeitsstandkontrolle, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 spezifiziert ist. The invention relates to a method for liquid level control, as specified in the preamble of claim 1.

Bei einer Flüssigkeitsstandkontrolle mittels eines Ultraschallsendersund eines mit Abstand zu diesem angeordneten Ultraschallempfängers wird die unterschiedliche Ultraschall-Leitfähigkeit von Flüssigkeit gegenüber Gämpfen und Gasen ausgenutzt. When checking the liquid level using an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver arranged at a distance from this is the different Ultrasonic conductivity of liquids against vapors and gases exploited.

Als Ultraschall-Schwingungsgeber und aucn als Ultraschall-Schwingungswandler dienen bevorzugt Piezoelemente. Deren relativ geringe zulässige Betriebstemperatur zwingt bei Flüssigkeiten hoher Temperatur dazu, die Piezoelemente in beträchtlichem Abstand zur eigentlichen Meßstelle anzuordnen und entsprechende, diesen Abstand überbrückende Übertragungsglieder vorzusehen. As an ultrasonic vibration transmitter and also as an ultrasonic vibration converter Piezo elements are preferably used. Their relatively low permissible operating temperature forces the piezo elements to a considerable extent in the case of liquids of high temperature To arrange distance to the actual measuring point and corresponding, this distance to provide bridging transmission links.

Es hat sich gezeigt, daß, zumal wenn längere Übertragungsglieder zwischen den Piezoelementen und der Meßstelle vorgesehen sind, ein meßtechnisch verwertbares Signal nur dann erzielt wird, wenn der Ultraschallempfänger durch den Ultraschallsender in Resonanzschwingungen versetzt wird. It has been shown that, especially when longer transmission links are provided between the piezo elements and the measuring point, a metrological usable signal is only achieved if the ultrasonic receiver through the Ultrasonic transmitter is set in resonance vibrations.

Die Resonanzfrequenzen von Sender und Empfänger liegen aber in äußerst engen Grenzen, und es bedarf eines besonders hohen Aufwandes, um die Sendefrequenz stets exakt auf den erforderlichen Wert zu halten. The resonance frequencies of the transmitter and receiver are extremely high narrow limits, and it takes a particularly high effort to set the transmission frequency always to be kept exactly at the required value.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Flüssigkeitsstandkontrolle zu schaffen, das selbst bei einer Anordnung von Übertragungsgliedern zwischen dem Schwingungsgeber bzw. -wandler und der Meßstelle ohne eine exakte Fixierung der ausgesendeten Ultraschallfrequenz auskommt und gegen Änderungen in den Resonanzfrequenzen von Ultraschallsender und -empfänger unempfindlich ist. The object of the present invention is to provide a method of To create the type of fluid level control mentioned at the beginning, even with an arrangement of transmission members between the vibration transducer or transducer and the measuring point without an exact fixation of the emitted ultrasonic frequency and against changes in the resonance frequencies of ultrasonic transmitters and -receiver is insensitive.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Erfindungsmerkmale gelost. This object is achieved by the features of the invention specified in claim 1 solved.

Indem die Speisespannung des Ultraschallsenders in ihrer Frequenz gewobbelt wird, d. h. periodisch einen vorgesehenen Frequenzbereich durchläuft, variiert analog auch die Ultraschallfrequenz des Ultraschallsenders. Durch entsprechende Festlegung des Frequenzbereiches wird erreicht, daß die ausgesandte Ultraschallfrequenz periodisch stets auch auf die jeweilige Resonanzfrequenz des Ultraschallempfängers kommt. Dann initiiert letzterer, je nach dem,-ob er mit seiner Fühlzone in Flüssigkeit eingetaucht ist oder nicht, ein entsprechendesNiveausignal. Etwaige Veränderungen in der Resonanzfrequenz des Ultraschallsenders oder -empfängers, wie sie z. S. durch Ablagerungen oder temperaturbedingte Änderungen in der Materialspannung erfolgen können, beeinträchtigen die Signalgabe nicht. By changing the frequency of the supply voltage of the ultrasonic transmitter is swept, d. H. periodically runs through a specified frequency range, The ultrasonic frequency of the ultrasonic transmitter also varies analogously. Through appropriate Determination of the frequency range is achieved that the emitted ultrasonic frequency periodically always to the respective resonance frequency of the ultrasonic receiver comes. Then the latter initiates, depending on the situation, whether he is in liquid with his sensing zone immersed or not, a corresponding level signal. Any changes in the resonance frequency of the ultrasonic transmitter or receiver, as z. S. through Deposits or temperature-related changes in the material tension occur do not affect the signaling.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 werden zwei Möglichkeiten geschaffen, in besonders vorteilhafter Weise aus den Resonanzspannungen des Ultraschallempfängers ein einfach weiterverwertbares Meßsignal bilden zu können, indem entweder die sich ergebende Gleichspannung oder im anderen Fall die höchste Resonanzspannung mit einem Sollwert verglichen wird. With the features of claims 2 and 3, there are two possibilities created, in a particularly advantageous manner from the resonance voltages of the ultrasonic receiver to be able to form a measurement signal that can easily be further processed by either the resulting DC voltage or in the other case the highest resonance voltage with a Setpoint is compared.

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend in einem Beispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 als Schema eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein Diagramm über Resonanzspannungen des Ultraschallempfängers im eingetauchten Zustand und Fig. 3 ein Diagramm über Resonanzspannungen des Ultraschallempfängers im ausgetauchten Zustand. The method according to the invention is described below with reference to the drawing explained in more detail in an example. 1 shows a device as a diagram for carrying out the method according to the invention, FIG. 2 shows a diagram of resonance voltages of the ultrasonic receiver in the submerged state and FIG. 3 is a diagram above Resonance voltages of the ultrasonic receiver in the non-immersed state.

In Figur 1 sind mit Abstand nebeneinander ein Ultraschallsender 1 und ein Ultraschallempfänger 2 vorgesehen. Der Ultraschallsender 1 besteht aus einem Schwingungsgeber 3, der ein Piezoelement als Kernstück besitzt, sowie einem am Schwingungsgeber 3 vorgesehenen, paddelartigen Übertragungsglied 4. Der Schwingungsgeber 3 wird von einem Wobbelgenerator 5 elektrisch gespeist. Der Ultraschallempfänger 2 weist gleichfalls ein paddelartiges Übertragungsglied 6 auf, welches an einem ein Piezoelement besitzenden Schwingungswandler 7 vorgesehen ist. Dessen elektrischer Ausgang führt in einen Gleichrichter 8, dem sich wiederum eine Auswerteschaltung 9 anschließt. In FIG. 1, an ultrasonic transmitter 1 is spaced apart from one another and an ultrasonic receiver 2 is provided. The ultrasonic transmitter 1 consists of one Vibration transmitter 3, which has a piezo element as the core, and one on the vibration transmitter 3 provided, paddle-like transmission member 4. The vibration generator 3 is of a wobble generator 5 electrically fed. Of the Ultrasound receiver 2 also has a paddle-like transmission member 6 which is attached to a a vibration transducer 7 having a piezo element is provided. Its electric The output leads to a rectifier 8, which in turn has an evaluation circuit 9 connects.

Zur Kontrolle des Flüssigkeitsstandes versorgt der Wobbelgenerator 5 den Schwingungsgeber 3 mit einer Speisespannung, deren Frequenz periodisch einen vorgesehenen Frequenzbereich, z. B. The wobble generator supplies power to control the fluid level 5 the vibration transmitter 3 with a supply voltage, the frequency of which periodically a intended frequency range, e.g. B.

von 50 kHz bis 200 kHz durchläuft. Dementsprechend erzeugt der Schwingungsgeber 3 Ultraschallschwingungen mit periodisch variierender Frequenz. Diese Ultraschallschwingungen pflanzen sich im Übertragungsglied 4 fort. Befindet sich der Flüssigkeitsspiegel 11 der zu überwachenden Flüssigkeit 10 auf dem vorgesehenen Stand, so sind die Übertragungsglieder 4, 6 mit ihren freien Enden in die Flüssigkeit 10 eingetaucht. Von dem Übertragungsglied 4 werden die Ultraschallschwingungen dann durch die zu überwachende Flüssigkeit 10 an das Übertragungsglied 6 und von diesem an den Schwingungswandler 7 des Ultraschallempfängers 2 geleitet.from 50 kHz to 200 kHz. The vibrator generates accordingly 3 ultrasonic vibrations with periodically varying frequency. These ultrasonic vibrations propagate in the transmission link 4. Is the liquid level 11 of the liquid to be monitored 10 is at the intended level, the transmission links are 4, 6 with their free ends immersed in the liquid 10. From the transfer link 4, the ultrasonic vibrations are then transmitted through the liquid to be monitored 10 to the transmission member 6 and from this to the vibration transducer 7 of the ultrasonic receiver 2 headed.

Jedesmal, wenn die Ultraschallschwingungen beim periodischen Durchlaufen des vorgesehenen Frequenzbereiches 12 in den Resonanzbereich des Ultraschallempfängers 2 kommen, ergibt sich am Ausgang des Schwingungswandlers 7 eine besonders hohe elektrische Resonanzspannung Des. - Siehe auch Diagramm Figur 2. Dort ist auf der Abszisse die Frequenz f der Ultraschallschwingung aufgetragen, und die Ordinate gibt die Resonanzspannung UR es des Schwingungswandlers 7 an. - Die Resonanzspannung URes wird von dem Gleichrichter 8 in eine analoge Gleichspannung umgewandelt, die ihrerseits in der Auswerteschaltung 9, z. B. einem Grenzwertschalter, zur Abgabe eines geeigneten Signalimpulses führt. Every time the ultrasonic vibrations when cycling of the intended frequency range 12 in the resonance range of the ultrasonic receiver 2 come, there is a particularly high electrical output at the output of the vibration converter 7 Resonance voltage Des. - See also diagram in Figure 2. There is the on the abscissa Frequency f of the ultrasonic vibration is plotted, and the ordinate gives the resonance voltage UR it of the vibration converter 7. - The resonance voltage URes is supplied by the rectifier 8 converted into an analog DC voltage, which in turn is used in the evaluation circuit 9, e.g. B. a limit switch, leads to the delivery of a suitable signal pulse.

Ist der vorgesehene Flüssigkeitsstand nicht vorhanden und sind demgemäß die beiden Übertragungsglieder 4 und 5 aus der Flüssigkeit 10 ausgetaucht, so ergeben sich aufgrund der entschieden geringeren Ultraschall-Leitfähigkeit der zwischen den Übertragungsgliedern 4 und 6 ausschließlich befindlichen Luft oder Dampf beim periodischen Durchlaufen des Frequenzbereiches 12 sehr viel seltener und kleinere Resonanzspannungen URes (Fig.3) am Schwingungs wandler 7. Die Auswerteschaltung 9 gibt dann keinen Signalimpuls ab. If the intended fluid level is not available and are accordingly the two transmission members 4 and 5 submerged from the liquid 10, so result due to the decidedly lower ultrasonic conductivity of the between the transmission members 4 and 6 exclusively located air or steam when periodic passage through the frequency range 12 much less frequently and smaller Resonance voltages URes (Fig. 3) on the vibration converter 7. The evaluation circuit 9 then does not emit a signal pulse.

Durch das Wobbeln erübrigt sich bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren eine aufwendige, teure Fixierung der ausgesandten Ultraschallfrequenz. Außerdem bleibt die Messung durch sich evtl. The wobbling is superfluous in the measuring method according to the invention a complex, expensive fixation of the transmitted ultrasonic frequency. aside from that the measurement may remain

ergebende Änderungen in den Resonanzfrequenzen des Ultraschallsenders 1 und-empfängers 2 unbeeinträchtigt.resulting changes in the resonance frequencies of the ultrasonic transmitter 1 and 2 receiver unaffected.

Liste der Bezugszeichen 1 Ultraschallsender 2 Ultraschallempfänger 3 Schwingungsgeber 4 Übertragungsglied 5 Wobbelgenerator Übertragungsglied 7 Schwingungswandler 8 Gleichrichter 9 Auswerteschaltung 10 Flüssigkeit 11 Flüssigkeitsspiegel 12 Frequenzbereich f Frequenz URes Resonanzspannung List of reference symbols 1 ultrasonic transmitter 2 ultrasonic receiver 3 vibration transmitter 4 transmission link 5 wobble generator transmission link 7 vibration converter 8 rectifier 9 evaluation circuit 10 liquid 11 liquid level 12 frequency range f Frequency URes resonance voltage

Claims

Method for liquid level control by means of ultrasound Patent claims '1.) Procedure for liquid level control using an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver arranged at a distance from this, wherein the transmitter and Immerse the receiver in the liquid depending on the height of the liquid or not, that the transmitted frequency of the Ultrasonic transmitter (1) wobbled within an intended frequency range (12) becomes, with a level signal from the resonances of the ultrasonic receiver (2) is formed.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the output voltage of the ultrasonic receiver (2) is rectified will.

3. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the output voltage of the ultrasonic receiver (2) with a peak voltage measuring device is measured that after each wobble period the highest resonance voltage that has occurred indicates.