DE3017465A1 - Vorrichtung zum feststellen der lage des fluessigkeitsstandes in einem geschlossenen metallbehaelter - Google Patents

Vorrichtung zum feststellen der lage des fluessigkeitsstandes in einem geschlossenen metallbehaelter

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DE3017465A1
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Kenneth Thomas White
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    • G01F23/2965—Measuring attenuation of transmitted waves

Description

3017485
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsstand-Nachweisgerat und insbesondere eine Einrichtung zum Feststellen des Flüssigkeitsständes in einem geschlossenen Metallbehälter mit gekrümmten Wänden, die eine Dicke von 3,2 bis 9>5 mm haben,, wie z.B. stählerne Druckbehälter, die Feuerunterdrückungsmittel enthalten*
In der gesamten Industrie werden die chemischen Mittel, die bei Feuerunterdrückungssystemen verwandt werden, in relativ großen Druckbehältern gespeichert. Solche Behälter müssen periodisch überprüft werden, um sicherzustellen, daß die erforderliche Menge an flüssigem, chemischem Mittel in dem Behälter vorhanden ist. Das herkömmliche Überprüfungssystem fordert, daß die Behälter von dem Feuerunterdrückungssystem getrennt und zu einer Meß- oder Wiegeeinrichtung gebracht werden, um dort gewogen zu werden. Das Abtrennen bzw. Lösen und Transportieren solcher Behälter, die bis zu 101,2 kg wiegen können, ist zeitraubend und beschwerlich. Jedoch ist eine solche Überprüfung notwendig, um sicherzustellen, daß das Feuerunterdrückungssystem voll, einsatzbereit ist.
Die Nationale Feuerschutzvereinigung (National Fire Protection Association (HFPA)) hat Normen aufgestellt, die festlegen, daß, wenn ein Behälter mit flüssigem, chemischem Feuerunterdrückungsmittel um fünf oder mehr Prozent von der erforderlichen Menge abvreicht, der Behälter als leer zu betrachten ist. Wenn ein Behälter anfangs mit- dem chemischen Feuerunterdrückungsmittel gefüllt worden ist, wird er umgehend gewogen und dieses Gewicht wird auf dem
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Zylinder vermerkt. Die periodische . tfoerprüfung , welche im wesentlichen in der gleichen Umgebung wie das Wiegen nach dem ursprünglichen Füllen durchgeführt wird, ist das Verfahren, welches zur Zeit verwandt wird, um festzustellen, ob ein Behälter leer ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Nachweiseinrichtung, um die Höhe einer Flüssigkeit in einem solchen unter Druck stehenden Metallbehälter festzustellen, ohne daß die Behälter von einem Feuerunterdrückungssystem getrennt und/oder zu einer getrennten Wie ge einrichtung transportiert werden müssen.
Einrichtungen zum Fachweisen des Standes einer Flüssigkeit innerhalb eines Behälters sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist in der US-PS 5,4-07,398 die Verwendung eines Ultraschallfühlers innerhalb eines Behälters angegeben, der mit öl gefüllt ist. Dieser Fühler wird verwandt, um anzuzeigen, wenn der Flüssigkeitsstand eine erwünschte Höhe erreicht hat.
In der US-PS 2,932,818 ist eine Vorrichtung angegeben, um das Vorhandensein oder Hichtvorhandensein einer Flüssigkeit in einem System anzuzeigen. Diese Vorrichtung arbeitet derart, daß ein piezoelektrischer Kristall innerhalb eines Behälters oder an einer Wand eines Behälters oder eines Rohres in einem solchen System befestigt wird. Der Kristall wird mit einer festen Frequenz erregt und wenn der Stoff bzw. das Material außer akustischen Kontakt gebracht wird, wird eine Leuchteinrichtung mittels eines geeigneten Schaltkreises erregt.
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In der US-PS 3,017,771 ist eine Flüssigkeitsstandanzeige beschrieben, die elektrisch durch eine Einrichtung gesteuert wird, die den senkrechten Abstand zwischen der Nachweisein- " richtung und der Oberfläche einer sich innerhalb eines Behälters befindenden Flüssigkeit mißt.
Die US-PS 3,019,650 betrifft eine Torrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins oder NichtVorhandenseins, einer Flüssigkeit innerhalb eines Speichertanks- Ein Wandler wird durch einen elektrischen Oszillator erregt, welcher Ultraschallenergie in den Behälter abgibt. Ein Empfanger nimmt reflektierte Ultraschallenergie auf und ein Signal wird in Abhängigkeit von einer Änderung der empfangenen Energiemenge erzeugt. Auch die US-PS 3,079,596 betrifft ein Pegelfühlsystem. Beim Betrieb dieses Systems werden akustische Wellen in verschiedenen Höhen eines Behälters abgegeben. Unterschiede bei den empfangenen akustischen Wellen werden ausgenutzt, um den Materialstand in dem Behälter festzustellen. Die US-PS 3,553,636 betrifft ein Ultraschallnachweissystem, mit dem sehr genaue Messungen der Viskositätsänderungen von Flüssigkeiten mittels einer Vergleichstechnik festgestellt werden können, die in einem Behälter enthalten sind. Die US-PSen 3,944,994 und 4,123,753 beschreiben Flüssigkeitsstand-Fühleinrichtungen, welche während der Erzeugung der Ultraschallenergie in die Flüssigkeit eingetaucht werden.
Der Grundgedanke, mit Ultraschall das Vorhandensein oder. NichtVorhandensein einer Flüssigkeit in einem Behälter anzuzeigen, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Jedoch erfordert die Mehrzahl der bekannten Einrichtungen aufgrund
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des erkannten Erfordernisses, daß ein Wandler in. engem elektrischen Kontakt mit dem Medium sein muß, Wandler und ähnliches·, die an einem Behälter befestigt oder in eine Flüssigkeit innerhalb eines solchen Behälters eingeführt werden müssen. Wegen der besonderen Ausgestaltung solcher Behälter ist es schwierig, den Stand einer Flüssigkeit in einem chemischen FeuerunterdTÜckungsbehälter oder einer Flasche innerhalb der engen Toleranz von weniger als 6,2 mm und vorzugsweise innerhalb von weniger als 3,2 mm festzustellen. Insbesondere sind solche Behälter geschlossen oder werden unter großem Druck gehalten und weisen gekrümmte Wände auf, was alles zu einer verstärkten Erzeugung von Schalluntergrund während des Erzeugens von Ultraschallwellen beiträgt. Solcher Untergrund neigt dazu, den Empfang von Schallwellen bei Flüssigkeitsstand-Feststelleinrichtungen zu stören. Ferner haben solche Behälter relativ dicke Metallwände in der Größenordnung von 3,2 bis 9»5 mm. Eine solche Wanddicke neigt dazu, die Erzeugung und den Empfang von Schallwellen bei Ultraschall-Feststelleinrichtungen zu stören.
Es besteht somit ein Bedarf für ein Verfahren und eine Einrichtung zum genauen Bestimmen des Flüssigkeitsstandes in einem geschlossenen Metallbehälter mit gekrümmten Wänden, die eine Dicke von 3,2 bis 9,5 mm haben, wobei der Inhalt solcher Behälter festgestellt werden kann, ohne daß sie abgetrennt, transportiert und gewogen werden müssen oder daß andere zusätzliche zeitaufwendige Maßnahmen erforderlich sind.
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Die vorliegende Erfindung kann dahingehend zusammengefaßt werden, daß eine Vorrichtung zum Feststellen des Standes einer -Flüssigkeit innerhalb eines geschlossenen Metallbehälters mit gekrümmten Wänden, die eine Dicke von 3,2 bis 9»5 nun aufweisen, geschaffen wird, die einen von Hand transportxerbaren Wandler mit einem piezoelektrischen •Material zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen und einen Schallimpulsgenerator umfaßt, der das piezoelektrisch Material zum Aussenden von Schallwellen in einen Behälter von einer Stelle nahe der Außenseite der Wand eines solchen Behälters mit einer Frequenz innerhalb von ungefähr 20% einer natürlichen Resonanzfrequenz des Behälters erregt. Ferner umfaßt die Vorrichtung die elektrischen Schaltkreise, welche erforderlich sind, um festzustellen, daß der Empfang der in dem Behälter ausgesandten Ultraschallwellen abgeglichen bzw. abgestimmt ist, wenn sich der Wandler an einer von der Grenzschicht des Fluids in dem Behälter entfernten Stelle befindet; und ferner enthält sie die elektrischen Schaltkreise, die erforderlich sind, um die genaue, vertikale Stelle festzustellen, an der der Empfang der in den Behälter ausgesandten Schallwellen nicht mehr abgeglichen bzw. abgestimmt ist, wenn der Wandler von Hand in Richtung auf die Grenzschicht des Fluids zubewegt wird.
Zu den Vorteilen der Erfindung gehört, daß eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Feststellen bzw. Orten des genauen FlüssigkeitsStandes in einem geschlossenen Metallbehälter geschaffen wird, ohne daß es erforderlich ist, daß der Behälter von dem System getrennt, zu einer Wiegeeinrichtung transportiert und gewogen werden muß, um die in einem solchen Behälter vorhandene Fluidmenge festzustellen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Vorrichtung geschaffen wird, mit der der Flüssigkeitsstand in.einem geschlossenen Metallbehälter mit gekrümmten Wänden, die eine Dicke von 3»2 bis 9»5 mm aufweisen, genau festgestellt werden kann.
Eine Zielsetzung der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Feststellen der Grenze bzw. Grenzschicht zwischen Fluiden in einem geschlossenen Behälter mit einer engen Genauigkeit von weniger als 6,2 mm und vorzugsweise von weniger als 3,2 mm zu schaffen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, eine Flüssigkeitsstand-Feststelleinrichtung zu schaffen, mit der der Flüssigkeitsstand in einem geschlossenen Behälter von einer Stelle an der Außenwandung des Behälters festgestellt werden kann, ohne daß es erforderlich ist, irgendeinen Teil der Nachweiseinrichtung an dem Behälter fest anzuordnen bzw. zu befestigen oder in den Behälter einzuführen. Als ein ganz besonderer Vorteil wird angesehen, daß die Feststelleinrichtung nach der Erfindung tragbar ist und eine große Genauigkeit erlaubt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Flüssigkeitsstand-Nachweisgerätes nach der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Wandlerkopfes 26, der in Fig. 1 gezeigt ist,
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Fig. 3 einen Seitenriß, teilweise im Schnitt, der den Wandlerkopf in einer Betriebsstellung an der Seitenwand eines geschlossenen Metallbehälters zeigt, in dem sich eine Flüssigkeit befindet, und
Fig. 4 einen Seitenriß, teilweise im Schnitt, des .Wandlerkopfes in einer Betriebsstellung an der äußeren Wandung an der genauen Stelle des Flüssigkeitsstandes einer eine Flüssigkeit enthaltenen Flasche.
Es wird nun auf die Zeichnungen bezug genommen. Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Flüssigkeitsstand-ITachweisgerät nach der Erfindung. Das Gerät umfaßt ein Gehäuse 10 für den Großteil der elektrischen bzw. elektronischen Schaltungsanordnung, die erforderlich ist, um die von dem Gerät gefordert Funktionen durchzuführen. Das Gehäuse 10, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, kann allgemein rechteckig mit einer Bedienungswand an einer Seite 12 ausgebildet sein. Die Bedienungswand weist einen Ein-Aus-Schalter 14-, einen Verbindungsstecker 16 für die elektrische Verbindung mit einer äußeren Aufladeeinheit, eine Verstärkungseinstellung 18,eine Auswahl einst ellung 20 und einen Anschlußstecker zur Verbindung mit einem Wandler auf. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein Stecker 24- für den Wandler in die Steckverbindung 22 eingesteckt. Ein Wandlerkopf 26 ist am Ende der sich von dem Stecker 24· erstreckenden Leitung angeordnet.
Wie es besser in Fig. 2 zu erkennen ist, ist der Wandler 34-von einem Wandlerkopf 26 oder einer Einheit aufgenommen, welche am Ende der Leitung 28 vorgesehen ist. Die Ausbildung des Kopfes 26 soll die Positionierung von Hand mit Hilfe der
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Hand und der Finger der Bedienungsperson des Gerätes erleichtern. Die Leitung 28 sollte ausreichend lang sein, um den Zugang zu den zu messenden Behältern zu ermöglichen, und eine ca. 9^ cm lange Leitung hat sich für die meisten .Anwendungsfälle als ausreichend erwiesen.
Der Wandlerkopf 26 weist vorzugsweise eine Anzeige, wie z. B. eine Leuchtdiode auf, damit der Flüssigkeitsstand in dem zu überprüfenden Zylinder oder Behälter ohne weiteres visuell "bestimmt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, daß verschiedene andere Anzeigen unter Einschluß von Tonsignalen oder Meßinstrumenten verwandt werden können und daß die Anzeige in der Bedienungswand oder in einer getrennten Einrichtung untergebracht werden kann, wie z.B. einem Kopfhörer zur auditiven Wahrnehmung durch die Betriebsperson. Bei der bevorzugten Ausführungsform jedoch ist die Anzeige ein Lämpchen 25, welches in dem Wandlerkopf 26 untergebracht ist.
Der Kopf 26 ist mit einem Körper ausgebildet, dessen Außenfläche leicht mit den Fingern der Bedienungsperson zur Verschiebung bzw. Einstellung von Hand gegriffen werden kann. Der Kopf 26 weist ferner eine Berührungsfläche 32 auf, die so ausgebildet ist, daß sie an der Außenwand eines zu überprüfenden Behälters aufgesetzt werden kann. Die Berührungsfläche 32 kann flach oder verjüngt zulaufend sein. Tatsächlich kann eine Yielzahl von Köpfen bzw. Einheiten mit verschiedenen Flächenformen zur Verwendung bei Behältern mit verschiedenen Arten von äußeren Wandformen verwandt werden, zu denen insbesondere verschiedene Arten von sphärischen und zylindrischen Behältern gehören.
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Der Wandler 34- selbst ist im wesentlichen mittig an oder nahe der Berührungsfläche 32 des Wandlerkopfes 26 angeordnet* Vorzugsweise wird der Wandler 34- nahe der Berührungsfläche 32 mit einem Epoxymaterial in seiner Lage gehalten« Wie noch näher beschrieben wird, kann die Berührungsfläche 32 des Wandlerkopfes 26 mit parallel angeordneten Rippen 36 und 38 an der äußersten linken und rechten Seite der Berührungsfläche 32 ausgebildet sein. Ein Anzeigepfeil 30 für den Flüssigkeitsstand ist auch an dem Wandlerkopf zur genauen Bestimmung des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter während des Arbeitseinsatzes des Nachweisgerätes nach der Erfindung vorgesehen.
Das IFlüssigkeitsstand-lJachweisgerät nach der Erfindung kann mit Batterien betrieben werden, die vorzugsweise in dem Gehäuse 10 enthalten sind. Typischerweise kann ein Satz von 10 Fickel-Cadmium-Batterien vorgesehen sein, der eine Betriebsspannung von ungefähr 12,5Volt liefert. Vorzugsweise sind die Batterien wieder aufladbar und können am geeignetsten während der Nichtverwendungszeit aufgeladen werden, indem eine geeignete elektrische Verbindung über den Wiederauflade stecker 16 hergestellt wird, der an der Bedienungswand des Gehäuses 10 für das Gerät vorgesehen ist.
Der Wandler für das Gerät nach der Erfindung besteht aus einem piezoelektrischen Material, welches Ultraschallwellen aussenden und empfangen kann. Typische piezoelektrische Materialien umfassen Quarz, Bleizirkonat, Bariumtitanat oder ähnliches.
In der Einheit muß ein Sender vorgesehen sein, um das piezoelektrische Material in dem Ultraschallwandler zu erregen, damit die für den Betrieb des KLüssigkeitsstand-Nachweisgerätes nach der Erfindung erforderlichen Ultra-
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schallsignale erzeugt werden. Da das piezoelektrische Material in dem Wandler nach der Erfindung verwandt wird, sowohl Signale zu erzeugen als auch zu empfangen, ist der Sender des Gerätes vorzugsweise ein Impulsgenerator. Ein Impulsgenerator kann das piezoelektrische Material in dem Wandler während sehr kurzer, wiederholbarer Zeitintervalle, d.h. MikrοSekunden, erregen, was ermöglicht, daß das piezoelektrische Material als Empfänger während der Zeit verwandt werden kann, während der keine Impulse erzeugt werden.
Eine genaue Bestimmung der Höhe eines flüssigen, chemischen Feuerunterdrückungsmittel innerhalb eines geschlossenen, dickwandigen, zylindrischen oder sphärischen Behälters ist bisher mit einer Schallnachweiseinrichtung noch nicht durchgeführt worden. Übliche Hindernisse, die der Verwendung eines Schallnachweisgerätes zum Bestimmen der Menge von chemischen Feuerunterdrückungsmittein in einer geschlossenen zylindrischen Flasche entgegenstehen, sind das Vorhandensein von gewölbten Wänden, die den in dem System erzeugten Untergrundbeitrag vergrößern, die Dicke der Behälterwände, die dazu neigen, das Aussenden und Empfangen von SchallSignalen zu hemmen, und die Dichte des in dem Behälter enthaltenen und unter Druck stehenden Materials, Die Erfinder dieser Erfindung haben jedoch herausgefunden, daß die Bestimmung des Flüssigkeitsstandes in einem geschlossenen Metallbehälter mittels Schall genau erfolgen kann, vorausgesetzt, daß der Ultraschallwandler mit einer !Frequenz erregt wird, die nahe der natürlichen Resonanzfrequenz der Behälterwand liegt. Jedes physikalische System hat eine oder mehrere natürliche Schwingungsfrequenzen. Wenn diesem System Impulse mit beliebiger Frequenz zugeführt werden, wird das System mit dieser Frequenz schwingen. Dieses sind erzwungene Schwingungen, da es andere als die natürliche Frequenz sind. Wenn die aufgeprägte
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oder "beliebige !Frequenz verändert wird, wird das Ansprechen stärker, wenn man sich einer natürlichen Frequenz nähert. Wenn man sich, der natürlichen Frequenz nähert, vergrößert sich die Amplitude um ein Vielfaches, wenn eine genaue Übereinstimmung erreicht wird. *
Herkömmliche TJltraschallwandler werden bei einer Frequenz von ungefähr 2,25 MEz erregt. Wenn eine so hohe Frequenz bei einem Versuch verwandt würde, den Flüssigkeitsstandin einem geschlossenen Metallbehälter mit dicken, gewölbten Wänden zu bestimmen, würde ein solches Hachweisgerät nicht arbeiten. Das Aussenden einer hohen Frequenz in einen geschlossenen Behälter mit gewölbter Wandung hätte zur Folge, daß der Schall schräg durch den Behälter gestreut wird. Der bei einer so hohen Frequenz gestreute Schall kann nicht geeignet gefiltert werden. Bei dem Flüssigkeitsstand-Fachweisgerät, nach der Erfindung wurde herausgefunden, daß relativ niederfrequente Wandler verwandt· werden können, um den Flüssigkeitsstand in einem solchen Behälter oder einer solchen Flasche genau zu bestimmen. Es hat sich herausgestellt, daß der Wandler zur genauen Bestimmung des Flüssigkeitsstandes in solchen Behältern innerhalb von 20% der natürlichen Resonanzfrequenz der Behälterwand betrieben werden muß . Beispielsweise liegt die natürliche Resonanzfrequenz eines SAFETY FIRST MODEL 4Ό0Α Behälters mit einem Fassungsvermögen von 186,5 kg,der flüssiges Halon 1J01 mit einem Druck von 25,3 atü enthält,bei ungefähr 450 KHz.
Um die Höhe des flüssigen Halon I3OI in einem solchen Behälter genau zu bestimmen, muß der Ultraschallwandler bei einer Frequenz innerhalb des Bereiches von ungefähr 350 bis 550 KHz erregt werden.
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Beim Betrieb des Nachweisgerätes nach der Erfindung erregt der Impulsgenerator wiederholt den Wandler. Typischervreise wird der Wandler nur für einige wenige Mikrosekunden erregt und der Erzeugungszyklus von Ultraschallwellen wird periodisch wiederholt, . wie z.B. alle 60 Mikrosekunden. In jedem 60 Mikrosekundenzyklus sind 40 Mikrosekunden, während der das piezoelektrische Material in dem Wandler nicht zum Aussenden von Ultraschall verwandt wird und somit verwandt werden kann, reflektierte Ultraschallsignale zu empfangen. Das Empfangen von reflektierten Ultraschallsignalen wird in einem Zeit- und Amplitudenrahmen, der gemeinhin als Fenster bezeichnet wird, durchgeführt. Der Zeitrahmen, zudem das Fenster geöffnet ist oder Schallwellen empfangen werden können, kann durch eine an.der Einheit vorgesehene Auswahleinstellung 20 eingestellt werden. Die kleinste, zu empfangende Amplitude von Ultraschallsignalen kann auch durch eine Verstärkungsfaktoreihstellung 18, die an der Einheit vorgesehen ist, eingestellt werden. Der Zweck der Verstärkungsfaktoreinstellung besteht darin, die Amplitude zu erhöhen, bei der der Empfang von Ultraschallsignalen auftritt. Diese Verstärkungsfaktorsteuerung, verhindert, daß kleine Untergrundamplxtuden und andere gestreute Schallwellen beim Empfang von Ultraschallwellen stören.
Beim Betrieb des Flüssigkeitsstand-Nachwexsgerätes nach der Erfindung wird dieses zu einer Stelle gebracht, wo eine Reihe von Hochdruckbehältern, die chemische Feuerunterdrückungsmittel enthalten, im Rahmen eines Feuerunterdrückungssystems eingebaut sind. Ein besonderer Vorteil des Nachweisgerätes nach der Erfindung besteht darin, daß es ein geringes Gewicht aufweist, ungefähr 2,25 kg, und
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deshalb sehr beweglich ist. Um den Transport des Nachweisgerätes zu erleichtern ist das Gehäuse der Vorrichtung typischerweise in einer Tragtasche oder einem Halter untergebracht. Die Tragtasche kann über die Schulter der Bedienungsperson getragen werden oder sie kann zur leichteren Bedienung.am Gürtel der Bedienungsperson befestigt sein.
Um den Flüssigkeitspegel in einem solchen; Behälter genau bestimmen zu können, wird das Gerät eingeschaltet und die Berührungsfläche 32 des Wandlerkopf es 26 wird mit der Außenwand 40 eines Behälters in Berührung gebracht, der ein flüssiges Feuerunterdrückungsmittel 42 enthält. Zuerst wird die Berührungsfläche 52 des Wandlerkopfes 26 an einer von der Grenzschicht 50 zwischen der !Flüssigkeit und dem Gas innerhalb des Behälters entfernten Stelle angeordnet. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wird der Wandler an der Außenwand 40 des Behälters an einer Stelle oberhalb der Grenzschicht 50 zwischen dem. Gas und der Flüssigkeit innerhalb des Tankes angeordnet. Es ist auch zu erkennen, daß die anfängliche Plazierung des Wandlers an einer Stelle unterhalb der Grenzschicht erfolgen kann. Ferner sieht man* daß es relativ einfach ist, eine von der Grenzschicht entfernte Stelle aufzufinden, da die ungefähre Lage der Grenzschicht durch eine erfahrene Bedienungsperson innerhalb einer kurzen Zeit festgestellt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, ist ein Meßstreifen 44 vorzugsweise aus einem Kunststoff und "vaa all gemein rechteckiger Form längs der senkrechten Behälterachse angeordnet. Der Meß streifen kann mit Haltemitteln an seinen Enden versehen sein, wie z. B..am oberen und am unteren Ende des
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Meßstreifens 44 befestigte Magnete 46 "bzw. 48. Solche Haltemagnete stellen sicher, daß der Meßstreifen während des Fe st st el lens des IPlüssigkeitspegels mit dem Gerät nach der Erfindung' in seiner Lage "bleibt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform stimmt die Breite des Meßstreifens 44 mit der in Querrichtung bestimmten Weite der Berührungsfläche 32 zwischen den parallelen Rippen 36 und 38 überein. Diese bevorzugte Ausbildung ermöglicht, daß der Wandlerkopf fest gegen den Meßstreifen gepreßt und leicht an ihm in senkrechter Richtung aufgrund der Führungsbeziehung zwischen den Rippen 36 und 38 und dem Meßstreifen 44 bewegt werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung eines solchen Meßstreifens eine bessere Schallverbindung zwischen dem Wandler und dem Behälter ergibt. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Behälterwand eine allgemein rauhe Außenfläche aufweist. Um den Schallkontakt zwischen dem Wandler und dem Behälter noch weiter zu erhöhen, kann ein Kopplungsmittel, wie z.B. ein Gel zwischen dem Meßstreifen 44 und der Behälterwand 40 sowie zwischen dem Meßstreifen 44 und der Berührungsfläche 32 des Wandlerkopfes 26 vorgesehen sein. Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung eines Kopplungsmittels den Wirkungsgrad für die UIt raschall aus Sendung und den Ultraschallempfang erhöht.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Meßstreifen abge-; flacht verlaufen, um sich der 3?orm des zu überprüfenden Behälters anzupassen. Eine solche Abwandlung kann besondere Vorteile beim überprüfen des 3?lüssigkeitsstandes in einem sphärischen Behälter oder einer sphärischen Flasche aufweisen.
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~ "18 -
Wenn sich der Wandler in einer von der Grenzschicht 50 entfernten Stellung befindet, so wie es in der Fig. J gezeigt ist, wird der Zeitrahmen, zu dem das Fenster geöffnet ist oder Schallsignale empfangen werden können, mit der Auswahleinstellung 20 an der Bedienungswand 12 der Einheit eingestellt. Bei geeignet ausgewähltem Zeitrahmen wird die Verstärkungseinstellung 18 eingestellt*,' um die Amplitude zu erhöhen, hei der ein Empfang von reflektierten Ultraschallsignalen auftritt. Die Größe an gestreutem Schall und anderer Untergrund kann von Behälter zu Behälter unterschiedlich sein. Deshalb kann die Einstellung der Verstärkungseinstellung 18 bei jeder durchgeführten Überprüfung erforderlich sein.
Wenn der:· Empfangszeitrahmen und die kleinste Amplitude geeignet eingestellt worden sind, so daß die reflektierten Ultraschallsignale harmonisch von dem Wandler empfangen werden, dann wird die Anzeige 29 in geeigneter Weise durch die elektronische Schaltungsanordnung erregt. Wenn die Anzeige 29 erregt wird, bedeutet das, daß der Empfang von Schallsignalen, die in den Behälter oder Zylinder ausgesandt worden sind, abgestimmt ist.
Wenn das Ultraschallsystem abgestimmt ist, bleibt das-Anzeigelämpchen 29 eingeschaltet. Wie bereits erwähnt, ist es relativ einfach, die ungefähre Lage der Grenzschicht zwischen der Flüssigkeit und dem Gas innerhalb des Behälters festzustellen. Deshalb kann, um zu überprüfen, ob das Ultraschallsystem abgeglichen ist, der Wandler zu einer Stellung bewegt werden, welche senkrecht unterhalb der Grenzschicht liegt und bei der das Anzeigelämpchen erlöschen sollte. Mit
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der Vorrichtung nach der Erfindung kann die genaue Lage der Grenzschicht festgestellt werden. Dies erfolgt dadurch, daß der Wandlerkopf bei ausgeglichenem System und eingeschalteter Anzeigelampe zur Grenzschicht 50 "bewegt wird, bis die Anzeigelampe erloschen ist. An der genauen Stelle, an der die Anzeigelampe erlischt, zeigt der Pegelanzeigepfeil 30 an dem Wandlerkopf 26 zu der genauen Stelle der Grenzschicht 50. Es hat sich herausgestellt, daß die Peststellgenauigkeit des Pegelanzeigepfeils 30 besser als 6,4· mm und gewöhnlich besser als 3,2 mm bei dem Gerät nach der Erfindung ist. . Die tatsächliche Grenzschicht oder der Flüssigkeitsstand einer jeden Flasche sollte auf der Außenwand des Behälters bzw. dieser Flasche markiert sein, wenn die Flasche anfangs mit dem flüssigen, chemischen Feuerunterdrückungsmittel gefüllt wird. Das Flüssigkeitsstand-Nachweisgerät nach der Erfindung wird eingesetzt, um den gerade vorliegenden Pegel der Flüssigkeit in dem Behälter festzustellen, nachdem der Behälter in ein Gesamtfeuerunterdrückungssystem eingebaut worden ist. Durch Vergleichen des gerade festgestellten Pegels mit dem Anfangspegel der Flüssigkeit, welcher auf der Außenseite des Behälters beim anfänglichen Füllen des Behälters angezeichnet worden ist, kann der Unterschied oder die Volumenänderung der Flüssigkeit in der Flasche bzw. dem Behälter aufgrund des Innendurchmessers der Flasche und der Änderung des ursprünglichen gegenüber dem gerade vorliegenden Stand und der Dichte des flüssigen, chemischen ' Feuerunterdrückungsmittels berechnet werden. Mit dem Flüssigkeitsstand-Nachweisgerät nach der Erfindung können Inhaltsänderungen in der Flasche gleich oder größer als 5% des ursprünglich eingefüllten Inhaltes
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ohne weiteres festgestellt werden. Wie "bereits vorhergehend erwähnt.wird, wenn ein Behälter oder Zylinder 5% oder mehr von der anfangs eingefüllten Menge an flüssigem, chemischem Feuerunterdrückungsmittel abweicht, welche für irgendein besonderes System als notwendig "bestimmt worden war, ein solcher Behälter gemäß den von der Nationalen Feuerschutzvereinigung (KITA) aufgestellten Normen als leer angesehen.
Typische chemische-Feuerunterdrückungsmittel, welche mit dem Gerät nach der Erfindung überprüft werden können, sind Halon 1301, Halon 1211, Freon 12 und flüssiges CO2.
Durch die Erfindung wird also eine Vorrichtung zum Feststellen der Lage eines Flüssigkeitspegels in einem geschlossener Metallbehälter mit gekrümmten bzw. gewölbten Wänden geschaffen, die eine Dicke von 3,2 bis 9i5 mm aufweisen, die einen von Hand tragbaren Wandler mit einem piezoelektrischen Material zum Aussenden und Empfangen von Schallwellen und einen Schallimpulsgenerator umfaßt, mit dem das piezoelektrische Material erregt werden kann, damit es Schallsignale in den Behälter von einer Stelle nahe der Außenwand eines solchen Behälters mit einer Frequenz innerhalb von 2QP/o der natürlichen Resonanzfrequenz des Behälters aussendet. Die Vorrichtung umfaßt ferner die elektronische Schaltungsanordnung die erforderlich ist, um zu bestimmen, daß der Empfang von in den Behälter ausgesandten Schall signal en ausgeglichen bzw. abgestimmt ist, wenn sich der Wandler an einer von der Grenz— schicht der Fluide innerhalb des Behälters entfernten Stelle befindet, und die elektronische Schaltungsanordnung,■die er-
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forderlich ist, um die genaue Stelle in senkrechter Richtung zu bestimmen, an der der Empfang von in den Behälter ausgesandten Schallsignalen nicht mehr ausgeglichen ist, wenn der Wandler von Hand in Richtung auf die Grenzschicht der Fluide "bewegt wird.
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Claims (10)

  1. -.:- ........ 3017A65
    PATEMTANWALTE A. GRÜNECKER
    H. KINKELDEY
    CR-INQ
    W. STOCKMAIR
    OK-MO. ■ ME(CM-TECX
    K. SCHUMANN
    DR FER WX- OPL-PHYS
    P. H. JAKOB
    G. BEZOLD
    DRRERNAT-On-CHEM
    8 MÜNCHEN
    MAXlMlLtANSTRASSE
    P 15 051-46/L 7.. Mai 1980
    CHEMETRON CORPORATION
    East Wacker Drive, Chicago, Illinois 60601
    Vorrichtung zum Feststellen der Lage
    des Flüssigkeitsstandes in einem
    geschlossenen Metallbehälter
    Patentansprüche
    J Vorrichtung zum Feststellen der Lage des Flüssigkeitsstandes innerhalb eines geschlossenen Metallbehälters, der gewölbte Wände mit einer Dicke von 3*2 bis 9»5 mm aufweist, gekennzeichnet durch einen von Hand tragbaren Wandler, der ein piezoelektrisches Material (34) zum Aussenden und Empfangen von Schallsignalen enthält, dumch einen Schallimpulsgenerator, mit dem das piezoe.lek.tri-
    030048/0661
    TELEFON (O8O) 02 28 62 TELEX OS-SS 38Ο TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERBFt
    sehe Material (34) zum Aussenden von Schallwellen in den Behälter von einer Stelle nahe der Außenwand (2K)) des Behälters mit einer Frequenz erregbar ist, die um nicht mehr als ungefähr 20% von der natürlichen Resonanzfrequenz des Behälters abweicht, durch eine Einrichtung, durch die feststellbar ist, daß der Empfang der in den Behälter ausgesandten Schallsignale ausgeglichen ist, wenn sich der Wandler an einer von der Grenzschicht (50) der Fluide innerhalb des Behälters entfernt gelegenen Stelle befindet, und durch eine Einrichtung, durch die die vertikale Lage feststellbar ist, in der der Empfang der in den Behälter ausgesandten Schallsignale nicht mehr ausgeglichen ist, wenn der Wandler von Hand in Richtung auf die Grenzschicht (50) der Fluide . bewegt wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Flüssigkeitsstand (50) in dem Behälter wenigstens bis zu 6,4mm seiner tatsächlichen Lage feststellbar ist.
  3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Flüssigkeitsstand (50) in dem Behalte] mit wenigstens . bis zu 3,2 mm seiner tatsächlichen Lage feststellbar ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Meß- bzw. Abtast streifen (44) zwischen der Außenwand (40) des Behälters und dem Wandler angeordnet ist.
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  5. 5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kopplungsmittel bzw. ein leitendes Mittel zwischen dem Wandler und dem Meßstreifen (44) und zwischen dem Meßstreifen (44) und dem Behälter angeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Kopplungsmittel ein Gel umfaßt.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter zylindrisch ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter eine
    sphärische Form aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Behälter unter einem Druck von 21,1 atü befindet.
  10. 10. Verrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit ein chemisches
    Feuerunterdrückungsmittel ist, welches aus der Gruppe
    ausgewählt ist, die Halon 1301, Halon 1211, Freon 12
    und flüssiges CO2 umfaßt.
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