DE3114678C2

DE3114678C2 - Füllstandsanzeiger für stromleitende Flüssigkeiten und Schüttgut

Info

Publication number: DE3114678C2
Application number: DE19813114678
Authority: DE
Inventors: Andrzej Dipl.-Ing. Wroclaw Hachol; Henryk Dr.-Ing. Juniewicz; Zbigniew Dr.-Ing. Kedryna; Zbigniew Dr.-Ing. Moron; Zbigniew Dr.-Ing. Rucki; Zdzislaw Dipl.-Ing. Szczepanik
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Current assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 1980-04-17
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1984-04-12
Also published as: PL126453B1; DE3114678A1; GB2074325B; PL223607A1; GB2074325A

Abstract

Der aus mindestens einer Sektion von auf einem Isolierständer angeordneten Kontaktelementen bestehende Füllstandanzeiger ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente durch mit einer Hilfselektrode (5) zusammenarbeitende Meßelektroden (1) gebildet sind, wobei die Meßelektroden (1) mit den Belägen der Kondensatoren (2) verbunden sind, deren restliche Beläge in der jeweiligen Sektion miteinander verbunden sind. Zwischen den einzelnen Sektionen von Meßelektroden (1) sind Steuerelektroden (4) angeordnet. Die Maßeinheit des Flüssigkeitsstandes ist hier die resultierende Kapazität der unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegenden Kondensatoren. Die Erfindung löst die Frage der Erhöhung der Genauigkeit und des Auflösungsvermögens der Messung des Flüssigkeits- und Schüttgutstandes, deren physikalische Parameter während der Messung in weiten Grenzen geändert werden. Die Erfindung findet Anwendung insbesondere bei Wasserstandsmessungen in der Hydrometeorologie, Schiffahrt und Wasserwirtschaft.

Description

2. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden (1) mit einer dielektrischen Schicht (9) überzogen sind, so daß sie zusammen mit der Gegenelektrode (5) jeweils den mit den Meßelektroden (1) in Reihe geschalteten Kondensator bilden.

3. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Punkte der Abschnitte je auf feststehende Kontakte eines steuerbaren Umschalters (3) geführt sind, und daß die Steuerelektroden (4) an die Eingänge eines Steuergeräts (7) für den steuerbaren Umschalter (3) geführt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Füllstandsanzeiger für stromieitende Flüssigkeiten und Schüttgut, mit über die Höhe des Flüssigkeitsbehälters verteilten Elektroden, der insbesondere zur Füllstandsmessung und Füllstandsänderungsmessung von Wasser und Abwasser verwendet wird.

Aus der US-PS 40 03 259 ist ein derartiger, aus Kapazitätselementen und aus einem Kontaktelementsatz aufgebauter Flüssigkeitsstandsanzeiger bekannt. Die metallischen ringförmigen Elektroden der Kapazitätselemente sind in gewissen Abständen zueinander paarweise übereinander in der Wand eines Isolierständers angeordnet. Ein Elektrodenpaar bildet einen Kondensator, dessen Dielektrikum aus Luft besteht. Die einen Beläge dieser Kondensatoren sind miteinander verbunden und die anderen Beläge sind an die Kontaktelemente angeschlossen, wobei als Kontaktelemente Dry-Reed-Relais angewandt werden. Der Füllstandsanzeiger enthält außerdem ein zusätzliches magnetisches bewegliches Element, welches das Ansprechen eines weiteren Kontaktelementes und den Anschluß des mit diesem Element zusammenarbeitenden Kondensators an die Meßschaltung bewirkt. Je nach dem Füllstand erfolgt eine sprunghafte Änderung der Kapazität an der Phasengrenze Füllmedium-Luft, die sich aus dem großen Unterschied zwischen dielektrischen Durchgangszahlen des Füllmediums und der Luft ergibt. Eine entsprechende elektrische Schaltung bestimmt die Anzahl von Kondensatoren mit gleicher Kapazität und somit den Füllstand.

Die in dem bekannten Füllstandsanzeiger angewandten elektromechanischen Kontaktelemente beeinflussen seine Arbeitssicherheit ungünstig, insbesondere bei

Dauerbetrieb und bei einer großen Anzahl von Dry-Reed-Relais. Die Dry-Reed-Relais erfordern eine magnetische oder elektromagnetische Steuerung; welche das Anschließen der einzelnen Dry-Reed-Relais bei Änderung des gemessenen Flüssigkeitsstandes gewährleistet Die magnetische Steuerung der Dry-Reed-Relais erfordert die Ausrüstung dss Füllstandsanzeigers mit einer mechanischen Einrichtung zum Verschieben des Magneten. Die elektromagnetische Steuerung der Dry-Reed-Relais erfordert weiter den Einsatz einer speziellen Schaltung zum sequentiellen Einschalten der Dry-Reed-Relais. Außerdem muß unabhängig von der Steuerungsweise der Dry-Reed-Relais die mit dem Gerät zusammenarbeitende Meßschaltung eine elektronische Schaltung zur Erfassung der Kapazitätsänderungen sowie einen Zähler mit Speicher enthalten. Das bewirkt einen komplizierten Aufbau des Füllstandsanzeigers selbst, sowie der mit ihm zusammenarbeitenden Meßschaltung. Ein zusätzlicher Nachteil des bekannten Füllstandsanzeigers besteht im dynamischen Charakter seiner Arbeitsweise, wodurch er gegen elektrische Störungen empfindlich und die Meßzeit verhältnismäßig lang ist, was durch die begrenzte Arbeitsgeschwindigkeit der Dry-Reed-Relais und der diese aussteuernden Schaltungen verursacht ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Füllstandsanzeiger mit vereinfachtem Aufbau zu schaffen, der gegenüber mechanischen und elektrischen Störungen unempfindlich ist und sich durch ein schnelles Ansprechvermögen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem gattungsgemäßen Füllstandsanzeiger erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Aus der DE-AS 11 66 497 ist ein Füllstandsanzeiger bekannt, bei dem über die Höhe eines Flüssigkeitsbehälters Gruppen aus jeweils zwei Elektroden verteilt sind. Die jeweils unteren Elektroden sind auf einen gemeinsamen Punkt geführt. Die oberen Elektroden der

einzelnen Gruppen sind jeweils an einem feststehenden Kontakt eines Umschalters geführt.

Der DE-AS 11 66 497 ist jedoch weder der Gedanke entnehmbar eine Gegenelektrode zu verwenden, noch mehrere unmittelbar nebeneinander angeordneten

Elektroden zu Gruppen zusammenzufassen und diese Gruppen jeweils auf einen Kontakt des Umschalters zu führen, noch der Gedanke, die Gruppen der Meßelektroden durch je eine Steuerelektrode zu trennen.

Bei der in Anspruch 2 beschriebenen Weiterbildung

des erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigers erübrigen sich Kondensatoren als separate Bauteile.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigers ist Gegenstand des Patentanspruchs 3.

Der erfindungsgemäße Füllstandsanzeiger hat einen unkomplizierten Aufbau, ist einfach in Herstellung und wegen des Fehlens beweglicher Teile arbeitssicher. Die Kontaktelemente in Form von Meßelektroden und einer Gegenelektrode werden durch die Flüssigkeit

oder das Schüttgut geschlossen, deren Stand gemessen wird. Im Falle der Benutzung mit einer dielektrischen Schicht überzogener Elektroden bildet die Flüssigkeit oder das Schüttgut, deren Stand gemessen werden soll, einen beweglichen Kondensatorbelag, welcher eine

^h1 Änderung der zu dem gemessenen Stand proportionalen resultierenden Kapazität bewirkt.

Der erfindungsgemäße Füllstandsanzeiger kann mit einer Meßschaltung mit einem Umsetzer der Kapazität

in ein elektrisches Strom- oder Spannungssignal oder die Frequenz eines elektrischen Signals zusammenarbeiten. Solche Schaltungen sind durch einfachen Aufbau gekennzeichnet Außerdem ist das Aus»angssignal des erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigers zu dem Gesamtwert des zu messenden Standes proportional, wodurch die Anordnung gegen elektrische Störungen, insbesondere gegen impulsartige Störungen, unempfindlich ist Der Aufbau des Füllstandsanzeiger in mehreren Abschnitten ermöglicht die Messung großer Änderungen des Flüssigkeits- oder Schüttgutstandes mit großer Auflösung und Genauigkeit

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines mit der Schaltung zur Kapazitätsmessung verbundenen Wasserstandsanzeigers und

F i g. 2 das Schaltbild eines mit mit Dielektrikum überzogenen Meßelektroden versehenen Wasser-Standsanzeigers, der aus einem Abschnitt besteht

Der in F i g. 1 gezeigte Füllstandsanzeiger besteht aus drei Abschnitten von Meßelektroden 1, wobei jeder Abschnitt 99 Elektroden enthält. Jede Elektrode 1 ist mit einem separaten Kondensator 2 und die restlichen Beläge der Kondensatoren 2 der jeweiligen Sektion miteinander und mit einem Umschalter 3 verbunden. Zwischen den einzelnen Abschnitten der Meßelektroden 1 sind zusätzliche Steuerelektroden 4 angeordnet. Der Füllstandsanzeiger ist außerdem mit einer Gegen- Ju elektrode 5 versehen, welche zusammen mit den gemeinsamen Punkten der Verbindungen der Kondensatoren 2 den Ausgang der Anordnung bildet, aus der das Signal der Schaltung 6 zur Kapazitätsmessung zugeführt wird. Die Steuerelektroden 4 dienen zum J5 Umschalten der Abschnitte der Meßelektroden 1 mittels eines Steuergliedes 7, das zugleich die Anzahl der vollkommen eingetauchten Meßelektrodenabschnitte signalisiert. In dem Ausführungsbeispiel des Füllstandsanzeigers sind sämtliche Elektroden 1 und 4 ^4(l auf einem Isolierständer 8 angeordnet und aus säurebeständigem Stahl ausgeführt, während die Gegenelektrode 5 die Form eines Flachstahles hat. Die Abstände zwischen den Meßelektroden 1 und die Abstände zwischen den Steuerelektroden 4 und den Meßelektroden 1 betragen 1 cm, die Durchmesser der Elektroden 1 und 4 betragen 1 cm, und der Kapazitätswert der Kondensatoren 2 beträgt 1 nF.

Das Wasser, in das der Füllstandsanzeiger eingetaucht ist, verbindet elektrisch die Gegenelektrode 5 mit der auf der Höhe des Wasserspiegels angeordneten Meßelektrode 1, wodurch die unterhalb des Wasserspiegels liegenden Kondensatoren 2 miteinander parallelgeschaltet werden. Die resultierende Kapazität der Kondensatoren 2, die proportional ist zu dem zu messenden Füllstand, wird der Meßschaltung 6 übermittelt Nachdem das Wasser den Stand erreicht an welchem die Steuerelektrode 4 angeordnet ist verbindet das Steuerglied 7 den nächsten Abschnitt der Meßelektroden 1 mit dem Eingang der Meßschaltung. Das Ausführungsbeispiel des Füllstandsanzeigers ermöglicht die Messung eines Wasserspiegelstandes bis 3 m Höhe mit einem Auflösungsvermögen von 1 cm.

Der in F i g. 2 gezeigte Füllstandsanzeiger besteht aus einem Abschnitt von übereinander auf einem Isolierständer 8 angeordneten Meßelektroden 1 und ist mit einer Gegenelektrode 5 versehen. Die Meßelektroden 1 sind miteinander verbunden. Der gemeinsame Punkt der Verbindungen der Elektroden 1 und die Gegenelektrode 5 bildet den Ausgang des Füllstandsanzeigers, von welchem das Signal durch die Meßschaltung gemessen wird. Jede Meßelektrode 1 ist mit einer dielektrischen Schicht 9 überzogen.

In einem so gebauten Füllstandsanzeiger bilden die Flüssigkeit und die mit der dielektrischen Schicht 9 überzogenen Meßelektroden 1 eine Parallelschaltung von Kondensatoren. Die Maßeinheit des Flüssigkeitsstandes ist hier die resultierende Kapazität der unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen Kondensatoren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Füllstandsanzeiger für stromleitende Flüssigkei ten und Schüttgut, mit über die Höhe des Flüssigkeitsbehäkers verteilten Elektroden (1, 4), dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine sich über die Höhe des Flüssigkeitsbehälters erstreckende Gegenelektrode (5) verwendet ist,

b) jeweils mehrere benachbarte Elektroden als Meßelektroden (1) abschnittsweise zusammengefaßt, mit je einem Kondensator (2) in Reihe geschaltet und je Abschnitt auf einen gemeinsamen Schaltungspunkt geführt sind,

c) zwischen den Abschnitten je eine Steuerelektrode (4) angeordnet ist