DE3018949A1 - Stoerungsfreie elektrische fuellstandsanzeige und -aufzeichnungsvorrichtung - Google Patents

Description

• BEZEICHNUNG: Störungsfreie elektrische Füllstands-
• anzeige und - aufzeichnungsvorrichtung.
• Zusatz zum Hauptpatent . . .
• (Anmeldung P 29 28 936.9) zum ersten Zusatzpatent . . .
• (Anmeldung P 29 40 428.2) und zum zweiten Zusatzpatent . . .
• (Anmeldung P 30 09 549.9) Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Gegenstand des Hauptpatents ist eine Einrichtung zur Anzeige betriebsfremder, daß heißt nicht durch normale Befüllung oder Entnahme bzw. Verbrauch verursachter Füllstandsänderungen an einem Flüssigkeitslagerbehälter.
• Für diese Einrichtung ist wesentlich, daß fortlaufend periodisch die etwaige Füllstandsänderung als Funktion der Zeit während vorbestimmter äquidistanter Zeitabstände, die durch Schaltsignale eines ersten Zeitgebers festgelegt sind, gemessen und eine übermäßig große betriebsfremde Füllstandsänderung als Kriterium eines nicht betriebsmäßigen Lagergutverlustes bzw. einer nicht betriebsmäßigen Befüllung angezeigt wird. Eine solche Einrichtung kann in Verbindung mit einem Füllstandsmesser beliebiger Art eingesetzt werden.Dabei ist vorgesehen, den Lagergut-Füllstand durch Anschluß eines elektrischen Meßinstruments , zum Beispiel eines Analog- oder Digital-Spannungsmessers an den elektrischen (Analog-) Ausgang des Füllstandsmessers bzw. an den Ausgang eines dem Füllstandsmesser unmittelbar nachgeschalteten Analog/Digital-Wandlers anzuzeigen.
• Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Einrichtung nach dem Hauptpatent ergibt sich durch deren Vereinigung mit einem pneumatischen Füllstandsmesser (Gegenstand der ersten Zusatzanmeldung) zur kontinuierlichen Messung des Füllstands mit einem bis zur Behältersohle oder in deren Nähe reichenden Tauchrohr, an das ein Druckmesser, der zur Feststellung der hydrostatischen Druckhöhe am unteren Ende des Tauchrohrs als Meßgröße des Behalterfüllstands dient, und eine Luftpumpe angeschlossen sind, die durch periodische Zeitsignale aus einem zweiten Zeitgeber für jeweils eine kurze Zeitspanne eingeschaltet wird und zur Aufrechterhaltung eines Luftdrucks in dem Tauchrohr dient, der mindestens so groß ist wie der hydrostatische Druck der Lagergutflüssigkeit am unteren Ende des Tauchrohrs.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorgenannten Einrichtungen, welche die Vorzüge des Gegenstands der Hauptanmeldung und des Gegenstands der ersten Zusatzanmeldung in sich vereinigt und dadurch erheblich verbessert, daß Einflüsse von Druckstößen und -schwankungen, die durch den jeweiligen Kurzbetrieb der Luftpumpe in dem Tauchrohr und dem daran angeschlossenen Drucksystem hervorgerufen werden, innerhalb des Systems auf die Eindeutigkeit und Genauigkeit der Füllstandsmessung ausgeschaltet werden, ist Gegenstand der zweiten Zusatzanmeldung.
• Die in der Hauptanmeldung angegebene Anordnung der Füllstandsanzeige hat jedoch den Nachteil, daß bei Verwendung pneumatischer Füllstandsmesser die Füllstandsanzeige den Störeinflüssen der Druckstöße und -schwankungen bzw. der praktisch unvermeidlichen Blasenbildung unterliegt, die in dem Tauchrohr und dem daran angeschlossenen Drucksystem durch den-periodischen Kurzbetrieb der Luftpumpe hervorgerufen werden. Eine Weiterverarbeitung der Füllstandswerte in nachgeschalteten elektronischen Rechnern und Prozessoren wird dadurch erheblich erschwert und die Anzeige selbst bei jedem Betrieb der Luftpumpe gestört.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine Füllstandsanzeige und -aufzeichnungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die die Vorteile des Gegenstands der Hauptanmeldung,des Gegenstands der ersten Zusatzanmeldung und des Gegenstands der zweiten Zusatzanmeldung in sich vereinigt und dadurch voll zur Geltung bringt, daß die Anzeige und/oder die Aufzeichnung der gemessenen Füllstandswerte keinerlei Einflüssen durch Druckstöße und -schwankungen oder Blasenbildung, die durch den jeweiligen Kurzbetrieb der Luftpumpe in dem Tauchrohr und dem daran angeschlossenen Drucksystem hervorgerufen werden, unterliegt und somit auch eine Weiterverwertung der Füllstandsmeßwerte in nachgeschalteten elektronischen Rechnern oder Prozessoren möglich wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 gekennzeichneten Mittel gelöst. Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung beruht dabei auf der Ausnutzung des Umstandes, daß die Schaltsignale des ersten Zeitgebers zur Einleitung des jeweiligen Speichervorgangs der gemessenen Füllstandswerte im Analog- oder Digital-Momentanwertspeicher und die Schaltsignale des zweiten Zeitgebers zur kurzzeitigen Inbetriebsetzung der Luftpumpe - wie in der zweiten Zusatzanmeldung angegeben - zeitlich derart miteinander fest verknüpft sind, daß ihr Zeitabstand mindestens sö groß ist, daß jeweils zum Zeitpunkt des zur Einleitung der Speicherung des Füllstandsmeßwertes dienenden Schaltsignals, die durch den jeweiligen Kurzbetrieb der Luftpumpe in dem Tauchrohr und dem daran angeschlossenen Drucksystem erzeugten Druckstöße und -schwankungen abgeklungen sind, also keinen Einfluß mehr auf die im Momentanwertspeicher zu speichernten Füllstandswerte ausüben können. Die dem Momentanwertspeicher nachgeschalteten Anzeige- und/oder -Aufzeichnungsvorrichtungen vermitteln somit völlig ungestörte Werte.
• Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Blockschema eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 2, 3 und 4 Diagramme zur Veranschaulichung der zeitlichen Folge der Schaltsignale IF für die Füllstandsmessung und Speicherung und Ip für die Steuerung des Kurzzeitbetriebs der Luftpumpe.
• Dem Schaltschema von Fig. 1 liegt eine störungsfrei arbeitende elektrische Füllstandsanzeige und -aufzeichnungsvorrichtung für eine Einrichtung zur Anzeige betriebsfremder Füllstandsänderungen nach der Hauptanmeldung in Verbindung mit einem pneumatischen Füllstandsmesser zur selbsttätigen kontinuierlichen Füllstandsmessung nach der ersten Zusatzanmeldung und eine Signalverknüpfungsschaltung nach der zweiten Zusatzanmeldung zugrunde.
• 1 ist der Flüssigkeitslagerbehälter mit dem flüssigen Lagergut 2, dessen Füllstand angezeigt und/oder aufgezeichnet bzw. in elektronischen Rechnern oder Prozessoren weiterverarbeitet werden soll. 3 ist die Entnahmeleitung mit der Entnahmepumpe 4. 5 ist eine Füllrohrleitung, 6 ein Be- und Entlüftungsstutzen, durch den der Luftraum oberhalb des Lagergutspiegels im Behälter ständig mit der Atmosphäre verbunden ist.Das Tauchrohr 7, an dessen unterem Ende sich eine Meßtasse 8 (als Bestandteil des Tauchrohrs) befindet, ist in der Deckelwand des Behälters 1 befestigt und reicht bis zur Behältersohle oder bis in deren Nähe. Der Innenraum des Tauchrohrs wird über die Tauchrohrleitung 9 mittels der Luftpumpe 10 in einem engen Soll-Luftdruckbereich gehalten, der betriebsmäßig mindestens so groß ist wie der hydrostatische Druck der Lagergutflüssigkeit am unteren Ende des Tauchrohrs. Der Druck innerhalb des Tauchrohrs wird durch den an die Tauchrohrleitung 9 angeschlossenen Druckmesser 11, beispielsweise ein Manometer,gemessen Das Meßergebnis wird gleichzeitig in eine analoge oder digitale elektrische Steuergröße umgewandelt. Der Eingang des Digital- oder Analog- Momentanwertspeichers 12 wird im äquidistanten Zeittakt des von dem Taktgenerator 18 gesteuerten Zeitgebers 13 für eine bestimmte Anfragezeit, z.B. einige Mikrosekunden lang, an den Ausgang des Druckmessers 11 angeschaltet. (Anstelle des Taktgenerators 18 kann die Ansteuerung des Zeitgebers 13 auch durch die Netzfrequenz - nach vorheriger Frequenzteilung - erfolgen).
• Dabei erfaßt und speichert der Momentanwertspeicher 12 bei jedem der über ein Impulsverkürzungszeitglied 14 hegrenzten bzw. geformten Schaltsignale des gemeinsamen Zeitgebers 13 den zu diesem Zeitpunkt herrschenden Füllstandswert zwecks weiterer Auswertung in einer Anzeige- Aufzeichnungs - oder sonstigen Auswertestufe 19.
• Diese Auswertestufe 19 kann sowohl ein elektrisches Meßinstrument (z.B. ein Spannungsmesser) mit analoger oder digitaler Füllstandsanzeige, ein Rurvenaufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung der Füllstandswerte als Funktion der Zeit, eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung (Magnetbandgerät) zur Aufzeichnung der Füllstandswerte oder eine ähnlich wirksame Einrichtung sein. Sie kann gleichzeitig auch alle oder auch nur einen Teil der vorgenannten Funktionen erfüllen.
• Um die bei betriebsmäßiger Funktion des Füllstandsmessers infolge natürlicher Undichtheiten im Tauchrohr und dem angeschlossenen Rohrleitungssystem auftretenden Druckverluste auszugleichen, sodaß kontinuierlich ein hydrostatischer Gleichgewichtszustand vernachlässigbarer Streubreite zwischen Tauchrohrinnendruck und Flüssigkeitsdruck am unteren Ende des Tauchrohrs ansteht, setzt der gemeinsame Zeitgeber 13 mit seinen Schaltsignalen, ebenfalls in äquidistanten Zeitabständen die Luftpumpe 10 für eine kurze Zeitdauer in Betrieb. +hierzu werden die Schaltsignale aus dem Zeitgeber 13 über ein Verzögerungszeitglied 15, das den jeweiligen Anfang der Pumpenlaufzeit bestimmt, und über ein Signalverkürzungszeitglied 16, das die Dauer der Pumpenlaufzeit bestimmt, sowie über ein Steuer- und Antriebsteil 17 geleitet, das die Pumpe während ihrer Laufzeit mit Antriebsenergie versorgt.
• Das Verzögerungszeitglied und das Signalverkürzungszeitglied können z.B. durch je einen monostabilen Multivibrator gebildet sein. Die Impulsbreite des Schaltsignals wird vorteilhaft so bemessen, daß sie den maximal zu erwartenden bzw. zulässigen natürlichen Undichtheiten des Drucksystems sowie etwa der mittleren Förderleistung der Luftpumpe zur Aufrechterhaltung des hydrostatischen Gleichgewichts, bezogen auf die unterschiedlichen Füllstände, entspricht.
• Durch die Anordnung des Verzögerungszeitgliedes 15 zwischen dem Steuer- und Antriebsteil 17 und dem Zeitgeber 13 (oder zwischen dem Signalverkürzungsglied 16 und dem Zeitgeber 13) wird erreicht, daß die Luftpumpe 10 in jedem Fall erst nach Ablauf des Füllstandsabfrage-Vorgangs im Momentanwertspeicher 12 kurzzeitig in Betrieb gesetzt wird, das bedeutet: die Signalverzögerung des Verzögerungszeitgliedes 15 muß so groß eingestellt sein , das das Schaltsignal Ip für die Steuerung des Kurzzeitbetriebs der Luftpumpe frühestens erst dann ausgelöst wird, wenn das Schaltsignal für die Füllstandsabfragung und Speicherung der Füllstandswerte im Momentanwertspeicher IF beendet ist. Die Druckstöße und Druckschwankungen während und kurz nach dem Pumpbetrieb können sich daher nicht störend über den Ausgang des Druckmessers 11 auf die Füllstandsinformation während des Füllstandsabfragevorgangs auswirken. Sie treten daher niemals am Ausgang des Momentanwertspeichers, wo die Füllstandswerte zur Anzeige , Aufzeichnung oder sonstiger Weiterverwertung abgegriffen werden , auf.
• In den Fig. 2, 3 und 4 sind drei Beispiele für die zeitliche Verknüpfung der Schaltsignale IF , mit denen die vorbestimmten äquidistanten Zeitabstände für die Füllstandsabfragung und Speicherung bestimmt werden, mit den Schaltsignalen Ip veranschaulicht, mit denen, gleichfalls in äquidistanten Zeitabständen, jedoch phasenverschoben, die Luftpumpe jeweils für eine kurze Zeit in Betrieb gesetzt wird. Wie die drei Beispiele zeigen, kann die Schalthäufigkeit der zeitlich mit einander verknüpften Schaltsignale beider Arten in einem geraden oder ungeraden Teilerverhältnis unterschiedlich sein.
• In jedem Falle ist aber sichergestellt, daß die Schaltsignale IF t wie die Diagramme zeigen, jeweils erst nach einer größeren Pause (die durch das Verzögerungszeitglied 15 bewirkt wird) zeitlich hinter den Schaltsignalen Ip auftreten, so daß jeweils im Zeitpunkt des zur Einleitung der Abfragung und Speicherung des Füllstandswertes dienenden Schaltsignals die durch den jeweiligen Kurzbetrieb der Luftpumpe in dem Tauchrohr und dem daran angeschlossenen Drucksystem erzeugten Druckstöße , Druckschwankungen und Blasenbildungen abgeklungen sind.
• Die Schalthäufigkeit der zeitlich fest miteinander verknüpften Schaltsignale IF und Ip kann in einem geraden oder ungeraden Teilerverhältnis erfolgen.
• Ebenfalls kann ein mehrstufiger Binär zähler mit mehreren zur Herstellung des Teilerverhältnisses dienenden Ausgängen als Vorrichtung (13) (gemeinsamer Zeitgeber) welche den ersten und zweiten Zeitgeber vereinigt, verwendet werden, dessen Signale sowohl zur Bildung des Schaltsignals IF als auch zur Bildung des Schaltsignals Ip dienen.
• Durch bekannte Maßnahmen der Regeltechnik kann ebenfalls bewirkt werden, daß der Füllstandsmesser 11 ein Regelsignal ausgibt, welches die Förderleistung der Luftpumpe 10 in Abhängigkeit vom gemessenen Füllstand derart regelt, daß die Kurzbetrieb-Förderleistung der Luftpumpe 10 - bezogen auf den gesamten Füllstandsmeßbereich -konstant ist, das heißt: gleiche Förderleistung der Luftpumpe bei niedrigem und hohem Lagergutfüllstand.
• Eine derartige Förderleistungsregelung kann beispielsweise mittels Phasenanschnittssteuerung des Luftpumpenantriebs oder eine Impulsbreitensteuerung des Schaltsignals für den Luftpumpenantrieb bewirkt werden Das Gebiet der Erfindung wird nicht verlassen , wenn die störungsfreie elektrische Füllstandsanzeige und -aufzeichnungsvorrichtung nicht für eine Einrichtung zur Anzeige betriebs fremder Füllstandsärderungen an einem Fliissigkeitslagerbehälter sondern auch allgemein als störungsfreie elektrische Füllstandsanzeige und - aufzeichnungsvorrichtung für Lagerbehälter mit flüssigem Lagergut vorgesehen ist.

Claims (5)

1. P A T E N T A N 5 P R Ü C H E 1. Störungsfreie elektrische Füllstandsanzeige und -aufzeichnungsvorrichtung für eine Einrichtung zur Anzeige betriebsfremder Füllstandsänderungen an einem Flüssigkeitslagerbehälter, bei der fortlaufend periodisch der in eine analoge oder digitale elektrische Größe gewandelte Meßwert eines Füllstandsmessers während vorbeMimmter äquidistanter Zeitabstände, die durch Schaltsignale eines ersten Zeitgebers festgelegt sind, in einem Analog- oder Digital-Momentanwertspeicher gespeichert wird, in Verbindung mit einem pneumatischen Füllstandsmesser zur kontinuierlichen Messung des Füllstands mit einem bis zur Behältersohle oder in deren Nähe reichenden Tauchrohr, an das einDruckmesser, der zur Feststellung der hydrostatischen Druckhöhe am unteren Ende des Tauchrohrs als Meßgröße des Behälterfüllstands dient, und eine Luftpumpe angeschlossen sind, die durch periodische Zeitsignale aus einem zweiten Zeitgeber für jeweils eine kurze Zeitspanne eingeschaltet wird und zur Aufrechterhaltung eines Luftdrucks in dem Tauchrohr dient, der mindestens so groß ist wie der hydrostatische Druck der Lagergutflüssigkeit am unteren Ende des Tauchrohrs, wobei die Schaltsignale des ersten und des zweiten Zeitgebers zeitlich derart fest miteinander verknüpft sind, daß ihr Zeitabstand mindestens so groß ist, daß jeweils zum Zeitpunkt des zur Einleitung der Speicherung dienenden Schaltsignals die durch den jeweiligen Kurzbetrieb der Luftpumpe in dem Tauchrohr und dem daran angeschlossenen Drucksystem erzeugten Druckstöße und -schwankungen abgeklungen sind, nach dem Hauptpatent .

   (Anmeldung P 29 28 936.9),dem ersten Zusatzpatent .

   (Anmeldung P 29 40 428.2! und dem zweiten Zusatzpatent .

   (Anmeldung P 30 09 549.9), dadurch gekennzeichnet, daß dem Momentanwertspeicher (12) für die periodische Speicherung der in analoge und/oder digitale elektrische Größen gewandelten Meßwerte des Füllstandsmessers (11) ein elektrisches Meßgerät zur Anzeige und/oder Aufzeichnung (19) der jeweils gespeicherten Füllstandsmeßwerte nachgeschaltet ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalthäufigkeit der zeitlich fest miteinander verknpften Schaltsignale der beiden Zeitgeber in einem geraden oder ungeraden Teilerverhältnis unterschiedlich ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Zeitgeber zu einer einzigen, von einem Taktgenerator (18) oder von der Netzfrequenz gesteuerten Vorrichtung, insbesondere einem elektronischen Zähler (13) vereinigt sind, deren Ausgangssignale über nachgeschaltete Zeitglieder (14,15,16) zur Verkürzung (14,16) und/oder Verzögerung (15) der Signale sowohl zur Bildung des Schaltsignals für die Messung und Speicherung des Füllstands als auch zur Bildung des Schaltsignals für die Steuerung des Kurzzeitbetriebs der Luftpumpe dienen.
4. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrstufiger Binärzähler mit mehreren zur Herstellung des Teilerverhältnisses dienenden Ausgängen als Vorrichtung (13), welche den ersten und den zweiten Zeitgeber vereinigt, vorgesehen ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsmesser (11) ein füllstandsabhängiges Regelsignal ausgibt, welches die Förderleistung der Luftpumpe (10) derart regelt, daß die Kurzbetrieb-Förderleistung der Luftpumpe - bezogen auf den ganzen Füllstandsmeßbereich - konstant ist.