DE3045448A1

DE3045448A1 - Elektromechanisches fuellstandsmessgeraet

Info

Publication number: DE3045448A1
Application number: DE19803045448
Authority: DE
Inventors: Bernhard Ing.(grad.) 4791 Borchen Hüster
Original assignee: Deutsche Geratebau GmbH
Current assignee: Deutsche Geratebau GmbH
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE3045448C2

Description

Elektromechanisches Füllstandmeßgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Füllstandmeßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Fullstandmeßgerät ist aus der DE-PS 24 37 427 bekannt. Ilierbei wird die Entlastung des Meßbandes beim Auftreffen eines Tastgewichts auf der Oberfläche des Füllgutes dazu benutzt, dem auf einer Welle aufgehängten Elektromotor die Waage zu halten. Bei Füllstandsänderungen wird dieser Gleichgewichtszustand gestört und der Motor schaltet durch Verschwenken um die Welle einen Schalter ein, der das Meßband mit der daran aufgehängten Schaltvorrichtung nachführt, bis der Motor wieder seine Gleichgewichtslage eingenomnen hat.
Nachteilig ist bei diesem bekannten Füllstandmeßgerät, daß zu dem verwendeten Meßband ein synchron angetriebenes Informations trägerband erforderlich ist, auf dem die dem Füllstand entsprechenden Meßwerte abgetastet werden.
Längenänderungen des Meßbandes oder ein unterschiedliches Aufwickeln des Meßbandes auf der MeSbandtrommel können trotz synchroner Antriebsverbindung zwischen Meßband und Informationsträgerband zu Abweichungen in der gemessenen Füllstandshöhe führen.
Auch der bei der Schwenkbewegung des Motors betätigte Schalter setzt die Bauart eines Kontaktschalters voraus, der den Einbau des bekannten Füllstandmeßgeräts in explosionsgefährdeten Räumen erschwert.
Kontaktlose und kraftlos schaltende Schaltmittel sind an sich allgemein bekannt. Auch ihre Anwenduncr in Füllstandmefgeräten ist bekannt, beispielsweise bei kapazitiv betriebenen Füllstandmeßverfahren. Derartige Meßverfahren können jedoch sehr leicht durch physikalische Größen, beispielsweise von der Art der Flüssigkeit, beeinflußt werden.
Auch ist aus der DE-OS 29 03 096 ein elektromechanisches Füllstandmeßgerät bekannt, bei dem durch Berührung zwischen einem Tastgewicht und dem Füllgut durch die Belastungsänderungen des Elektromotors auftretende Änderungen der elektrischen Eingangsgrößen des Elektromotors durch eine Überwachungsschaltur,g festgestellt werden, die auch das Signal zur Drehrichtungsumkehr für den Elektromotor erzeugt. Auch hierbei können fremde Belastungsänderungen des Elektromotors hinzukommen, welche die meßgrößen verfälschen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Füllstandmeßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem der momentane Füllstand als auch Füllstandsänderungen mit Hilfe kontaktloser und kraftlos schaltender Schaltmittel zur Anzeige gebracht werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführtan Ikmalen gelöst.
Durch die Ausführung des Elektromotors als Schrittmotor, der das Meßband den Füllstandsänderungen intermittierend nachführt, werden weganaloge Schaltimpulse gewonnen, die in bezug auf einen einmal festgestellten Ausgangsfüllstand ein unverfälschtes ltaß für den momentanen Füllstand und für Füllstandsänderungen sind. Die Verwendung von kontaktlosen Schaltmitteln erlaubt den Einbau des Füllstandmeßgeräts in explosionsgefährdeten Räumen oder in Verbindung mit Behältern und Tanks für brennbare Flüssigkeiten.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die kontaktlosen Schaltmittel zusammen mit einem Gewichtstück und dem Führungskäfig an dem in den Flüssigkeitsspiegel eintauchenden Ende des Flachbandkabels angeordnet. Innerhalb des Führurrlskäfigs hat der mit den kontaktlosen Schaltmitteln zusammenwirkende Schwimmer einen begrenzten vertikalen Bewegungsspielraum, so daß zu Anfang einer Füllstandsmessung die gesamte das Gewichtstück und den Schwimmer mit Führungskäfig aufweisende Schaltvorrichtung in dem Behälter oder Tank abgesenkt werden kann, bis der Schwimmer auf der Flüssigkeitsoberfläche auftrifft.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das aufzuwickelnde Ende des Flachbandkabels von einer durch Spiralfedern in Aufwickeirichtung vorgespannten Speicherrolle aufgenommen. Die Vorspannung durch die Spiralfedern ist lediglich so groß, daß das Meband zwischen Meßrolle und Speicherrolle gespannt bleibt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zwei in der Beschreibung näher erläuterte Ausführungsbeispiele des Füllstandmeßgeräts nach der Erfindung sind in den Zeichnungen wiedergegeben.
Es zeigen: Fig. 1 in einer perspektivischen Schnittzeichnung die Gesamtanordnung des Füllstandmeßgeräts und Fig. 2 in einer perspektivischen Schnittzeichnung eine Ausführungsvariante der Speicherrolle mit an dem Meßband angreifenden Spiralfedern.
In einem mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter verbundenen Rohrstutzen wird von einer durch einen Schrittmotor 1 angetriebenen Meßrolle 2 formschlüssig ein als Meßband ausgeführtes Flachbandkabel 3 auf- oder abwärts gesteuert. An dem unteren, in den Flüssigkeitsspiegel eintauchenden Ende des Flachbandkabels 3 ist eine Schaltvorrichtung 4 angeordnet, die im einzelnen aus einem Gewichtstück 5 mit darin in unterschiedlicher höhe angeordneten kontaktlosen Schaltmitteln 6 und 7 sowie einem Schwimmer 8 besteht, der in seiner Bewegung durch einen Fühungskäfig 9 begrenzt ist. Bei der Auf- oder Abwärtsbewegung des Flachbandkabels wird das Kabel auf einer Speicherrolle 10 auf- oder abgewickelt, die in der Aufwickelrichtung durch Spiralfedern 11 bis 14 vorgespannt ist. Für die obere Wegbegrenzung der Schaltvorrichtung 4 ist ein kontaktloses Schaltmittel 15 vorgesehen.
Das Füllstandmeßgerät arbeitet wie folgt.
Beim Meßvorgang wird die Schaltvorrichtung in vertikaler Richtung schrittweise herabgelassen. Beim Aufsetzen und Freischwimmen des Schwimmers 8 wird die Schaltvorrichtung so weit in 2bärtsrichtung nachgeführt, bis durch Annäherung des Schwimmers 8 an das Schaltmittel 6 ein Impuls ausgelöst wird. Hierdurch wird der Schrittmotor ausgeschaltet. Die vom oberen Startpunkt bis zum Auftreffen der Schaltvorrichtung durchfahrene Wegstrecke entspricht somit einer vom Schrittmotor 1 ausgeführten Schrittzahl, die gleichzeitig eine Meßgröße für die Wegstrecke und damit für den Füllstand bildet.
Da sich der Schwimmer 8 in dem Führungskäfig 9 frei nach unten bewegen kann, wird bei jeder Absenkung des Flüssigkeitsspiegels der Schrittmotor 1 erneut um einen Schritt eingeschaltet und somit die Schaltvorrichtung über das Flachbandkabel 3 entsprechend der Absenkung des Flüssigkeitsspiegels nachgesteuert. Die nachgeführten Wegstrecken der Schaltvorrichtung werden durch die weiteren Schritte des Schrittmotors den bereits ausgeführten Schritten zuaddiert, so daß fortlaufend die Schaltschritte des Schrittmotors als Meßgröße zur Verfügung stehen.
Bei aufsteigendem Flüssigkeitsspiegel und damit bei einem Aufsteigen des Schwimmers 8 spricht das Schaltelement 7 an, beispielsweise in dem in Fig. 1 eingezeichneten höher liegenden Schaltpunkt X. Hierdurch wird der Schrittmotor 1 in der umgekehrten Drehrichtung eingeschaltet und über das Flachbandkabel die Schaltvorrichtung in vertikaler Richtung nach oben bewegt. Diese Bewegung wird nach oben durch Ånnäherung an das Schaltmittel 15 in seiner Wegstrecke begrenzt. Das Schaltmittel 15 ist in seiner Höhenanordnung verstellbar und bildet mit seinem Schaltpunkt eine Ausgangsbasis für die mögliche Gesamtwegstrecke und den eich des Füllstandmeßgeräts bei maximalem Füllstand.
Das formschlüssig gesteuerte Flachbandkabel 3 enthält so viele elektrische Leitungen, wie sie für die Schaltung der kontaktlosen und kraftlos schaltenden Schaltmittel 6 und 7 oder aber auch zur Ableitung elektrostatischer Aufladunqen oder anderer Schaltvorgänge erforderlich sind.
Die kontaktlosen Schaltmittel können an sich bekannte induktive, kapaz i tive oder auf elektrostatische Auf ladungen ansprechende Meßwertumformer sein, die mit dem aus Metall bestehenden oder mit Metall überzogenen Schwimmer zus aninenwirken. Die Ansprechempfindlichkeit derartiger Maßwertumformer ist abstandsabhangig von der Oberfläche des Schwimmers. Ein bestimmter Abstand zwischen derartigen Meßwertumformern und Schwimmer bedeutet das Auslösen eines Impulses zum Weiterschalten des Schrittmotors, wobei sich derartige Regelimpulse dadurch gewinnen lassen, daß sie einer Schwellwertstufe zugeführt werden, deren Ausgangsgrößen den Schrittmotor steuern.
Wie Fig. 2 zeigt, kann die das Flachbandkabel unter Federspannung aufwickelnde und speichernde Kabeltrommel so viele Spiralfedern aufweisen, wie elektrische Leitungen für den Anschluß der Schaltmittel erforderlich sind. Die Spiralfedern sind elektrisch voneinander isoliert angeordnet und einzeln mit ihren äußeren Enden mit den jeweiligen elektrischen Leitungen des Flachbandkabels verbunden. Die anderen Enden der Spiralfedern sind mit elektrischen Leitungen verbunden, die durch eine feststehende Hohlachse nach außen geführt sind.
Die Steuerungen aller Schaltungs-, Bewegungs- und Heßvorgänge können mit Mikroprozessoren ausgeführt werden. Von einem solchen Mikroprozessor können die in einem programmierbaren Festspeicher-Baustein tabellarisch eingespeicherten Volumeneinheiten den digital ermittelten Mengeneinheiten zugeordnet und zur Anzeige gebracht werden.

Claims

Patentansprüche 1. Elektromechanisches Füllstandmeßgerät mit einer den Flüssigkeitsspiegel abtastenden sChaltvorrichtung, die von einem durch einen Elektromotor auf- und abwärts bewegbaren Flachbandkabel getragen wird und die beim Auftreffen auf den Flüssigkeitsspiegel einen Schaltimpuls zur den Elektromotor auslöst, wobei das Flachbandkabel auf einer Speicherrolle aufwickelbar ist und mit einer mit dem Elektromotor in Antriebsverbindung stehenden Meßrolle in formschlüssigem Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als Schrittmotor (1) ausgefu"hrt ist, die Schaltvorrichtung (4) über die Meßrolle (2) schrittweise an einen in seiner Bewegung durch einen Führungskäfig (9) begrenzten, auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmenden Swir&rier (8) heranführbar ist und die durch kontaktlose &haltmittel (6, 7) bei Änderungen des Füllstandes ausgelösten Schaltschritte des Schrittmotors (1) ein Maß für den momentanen Füllstand sind.
2. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaktlosen Schaltmittel (6, 7) zusammen mit einem Gewichtstück (5) und dem Käfig (9) an dem in den Flüssigkeitsspiegel eintauchenden Ende des Flachbandkabels (3) angeordnet sind.
3. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzuwickelnde Ende des Flachbandkabels (3) von einer durch Spiralfedern (l7, 12, 13, 14) in Aufwickelrichtung vorgespannten Speicherrolle (10) aufgenomnen ist.
4 Füllstandmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachbandkabel (3) von der Meßrolle (2) mit einem Unschlingungswinkel von mindestens 900 geführt wird.
5. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die obere Wegbegrenzung der Schaltvorrichtung (4) ein bei maximalem Füllstand ansprechendes kontaktloses Schaitmittel (15) vorgesehen ist.
6. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei änderungen des Fdllstandes ausgelösten Schaltschritte digital zur Anzeige gebracht werden.
7. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Digital-Anzeige des Füllstandes die den sChaltschritten entsprechenden elektrischen Signale in einem Mikroprozessor aufbereitet werden.
8. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom Mikroprozessor die in einem programmierbaren Festspeicher-Baustein tabellarisch gespeicherten Volumeneinheiten den digital ermittelten Mengeneinheiten zugeordnet und zur Anzeige gebracht werden.
9. Fullstandeesgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den kontaktlosen sChaltmitteln (6, 7) das eine Schaltmittel (6) auf ein Absinken und das andere Schaltmittel (7) auf ein Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels anspricht.
10. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Schwimmer (8) zusammenwirkenden kontaktlosen und kraftlos schaltenden Schaltmittel (6, 7) als induktive, kapazitive oder auf statische Aufladungen ansprechende Meßwertumformer ausgebildet sind.
11. Füllstandmeogerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer aus Metall besteht oder als mit Metall überzogener Kunststoffschwimmer ausgebildet ist.
12. Füllstandmeßgerät nach den Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnenen Meßsignale einer Schwellwertstufe zugeführt werden, deren Ausgangsgrößen den Schrittmotor steuern.
13. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachbandkabel (3) aus elektrisch isolierendem Material besteht und für die Ableitung der Meßsignale entsprechend viele elektrische Leitungen aufgeprä(;t enthält.
14. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungen isoliert auf den die Speicherrolle (10) vorspannenden Spiralfedern weitergefhrt und auf der Achse der Speicherrolle einzeln nach außen gefhhrt sind.
15. Füllstandmeßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß so viele Spiralfedern (11, 12, 13, 14) vorgesehen sind wie elektrische Leitungen auf dem Flachbandkabel (3) aufgeprägt sind, und daß diese Spiralfedern elektrisch isoliert nebeneinander angeordnet sind.