DE3133421C2 - Einrichtung zum elektrischen Überwachen des Niveaus einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit - Google Patents

Abstract

Bei einer Einrichtung zum elektrischen Überwachen des Niveaus einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit sind mehrere in unterschiedlicher Höhe in dem Behälter angeordnete temperaturabhängige Widerstandssonden (n-1, n, n + 1) vorhanden, die durch eine Einrichtung zur Ablaufsteuerung gesteuert, nacheinander an eine Konstantstromquelle (5) anschließbar sind. Zum Auswerten der Spannung an der jeweiligen mit der Konstantstromquelle (5) verbundenen Widerstandssonde (z.B. n + 1) ist ein Differentiator (6) sowie ein diesem nachgeschalteter, mit einer Schwellwertspannung beaufschlagter Komparator (7) vorhanden, der mit Mitteln zum Bilden eines Anzeigesignals verbunden ist, die einen Zähler (4, 19) umfassen, der die Anzahl der Widerstandssonden (n-1, n, n + 1) zählt, deren Spannungsdifferential nach dem Anschalten an die Konstantstromquelle (5) über der Schwellwertspannung liegt.

Description

a) als Auswertemittel ein einziger Differentiator (6) für ai'e Widerstandssonden sowie ein dem Differenziator (6) nachgeschalteter, mit einer Schwellwertspannung beaufschlagter Komparator (7) vorhanden sind und

b) als Mittel für die Anzeige ein mit dem Komparator (7) in Verbindung stehender Zähler (4,19) vorhanden ist, der die Anzahl derjenigen Widerstandssonden zählt, deren Spannungsdifferential nach dem Anschalten an die Konstantstromquelle über der Schwellwertspannung liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Kompars.or (7) nachgeschalteter Diskriminator (9) vorhanden ist, dessen einer Ausgang, der bei einer kleiner.η differenzierten Spannung als die Referenzspannung aktiviert ist, mit einem Zähleingang (10) eines Zählers (4) zur Sondensteuerung verbunden und dessen zweiter Ausgang, der bei einer größeren differenzierten Spannung als die Referenzspannung aktiviert ist, mit einem Rücksetzeingang (11) des Zählers (4) gekoppelt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Differentiator (6) nachgeschalteten Mittel zum Auswerten der Differentiatorausgangsspannung erst nach Ablauf der von dem Differentiator (6) bei jedem Anschalten der einzelnen Widerstandssonden gebildeten ersten positiven Einschaltflanke aktivierbar sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähleingang und ein Rücksetzeingang des Zählers (19) zum Bilden des Anzeigesignals ebenfalls mit der Einrichtung zur Ablaufsteuerung (22) verbunden sind und daß die Zählausgänge des Zählers (19) über einen Zwischenspeicher (20) mit einem Schieberegister (21) in Verbindung stehen, aus dem das Zählergebnis zur Anzeige abrufbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Auswertefehlern durch die dem Differentiator (6) naehgeschaiteten Mittel die in dem Behälter von unten nach oben angeordneten Widerstandssondenmeßzweige mit jeweils kleinerem Widerstandswert gestaffelt dimensioniert sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Meßzyklus vor der untersten Widerstandssonde (7j-I4) anschaltbarer Widerstand (15) außerhalb des Behälters angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Äuswertefehlern durch die dem Differentiator (6) nachgeschalteten Mittel ein zusätzlicher Widerstand jeweils in einer Zuleitung zu der an die Konstantsiromquelle angeschlossenen Widerstandssonde vorhanden ist, und während des Umschaltens auf die nächste Widerstandssonde der dieser zugeordnete Widerstand kurz wirksam schaltbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum clektrisehen Überwachen des Niveaus einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Diese Einrichtung gehört zu den sogenannten elcktrothermischen Füllstandsgebern, die auf dem Prinzip beruhen, daß das Niveau der in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit durch Messung der Veränderung des Widerstandswerts einer Widerstandssonde mit positivem Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur, die die Widerstandssonde bei einem definierten Stromdurchfluß annimmt, gemessen werden kann. Wenn die Widerstandssonde nach einer einfachen Verwirklichung dieses Prinzips (DE-OS 27 40 289) als senkrecht in den Behälter eingespannter Widerslandsdraht ausgebildet ist, hängt die mittlere Temperatur der Widerstandssonde davon ab, welcher Teil ihrer Gesamtlänge in die Flüssigkeit eintaucht, weil der eintauchende Abschnitt stärker abgekühlt wird als der in Luft befindliche Abschnitt. Der Gesamtwiderstand ist somit eine Funktion des Flüssigkeitsniveaus. Um das Meßergebnis unabhängiger gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur zu machen, wurde der mittlere Widerstand, den die Widerstandssonde nach einer bestimmten Zeil des Stromdurchflusses annimmt, auf einen mittleren Widerstandswert zu einem Anfangszeitpunkl bezogen, in dem sie noch nicht aufgeheizt wurde. — Grundsätzliche Fehler sind aber möglich bei Veränderungen der Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit, insbesondere bei schwankender Wärmeleitfähigkeit, die beispielsweise durch unterschiedliche Methanolbeimengungcn im Benzin vorkommen können. Zudem entstehen Meßfehler durch eine inhomogene Erhitzung der Widerstandssonde, deren gleichmäßige Erwärmung vor allem an den Kontakt- und Einspawistellen gestört ist.
Zum Stand der Technik gehören auch Einrichtungen

zum elektrothermischen Überwachen des Niveaus (DE-OS 30 22 398), die zur Vermeidung dieser Fehler anstatt einer einzigen Widerstandssonde, die den gesamten Meßbereich innerhalb des Behälters überstreicht, diesen Meßbereich durch einzelne kurze Widerstandssonden aufteilen, die in gestaffelter Höhe entsprechend bestimmten Niveauabständen waagrecht übereinander angeordnet sind. Durch aufeinander folgendes Aufheizen dieser Widerstandssonden mit einem Konstantstrom und Auswerten der an ihnen abfallenden Span-

bo nung wird festgestellt, ob die zugehörige Widersiandssonde in Flüssigkeit eingetaucht ist oder aber nicht. Diese Auswertung eines von zwei möglichen Zuständen der jeweiligen Widerstandssonden ist von den Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit praktisch unabhängig.

b5 Im einzelner, kann zur Auswertung des Tauch/.ustands der gestaffelten Widcrstandssondcn daran gedacht werden, von der untersten Widerslandssonde beginnend, die Spannungen je zweier übereinander ange-

ordneter Widerstandssonden zu messen. Sobald die Spannungsdifferenz einen bestimmten Betrag überschreitet, da die obere Widerstandssonde einen größeren Widerstand als die untere Widerstandssonde hat, deren Wärme durch die Flüssigkeit besser abgeleitet wird, befindet sich das aktuelle Niveau zwischen diesen beiden Widerstandssonden- Nachteilig ist aber bei dieser Auswertung der an den Widerstandssonden abfallenden Spannungen, daß die durch Widerstandsstreuungen der Widerstandssonden bewirkten Spannungsdifferenzen leicht in der gleichen Größenordnung wie der MeßelTekt liegen können, wenn die Widerstandssonden nicht sorgfältig abgeglichen sind. Dieser Abgleichvorgang ist zumindest zeitraubend.

Bei einer anderen bekannten Füllstandsrneßeinrichtung (DE-OS 29 37 042) mit an gestaffelt angeordneten, in Reihe hintereinander geschalteten Widerstandssonden abfallenden Spannungen erfolgt ebenfalls ein Vergleich der Anfangsspannung und der Meßspannung an jeder einzelnen mit einer Konstantstromquelle gespeisten Widerstandssonde mittels Komparatoren, die feststellen, ob die zugehörige Widerstandssonde *i Flüssigkeit eintaucht oder nicht Je nach dem Vergleichsergebnis wird ein fest vorgegebenes Signal abgegeben, das der Höhe der obersten eingetauchten Widerstandssonde entspricht Diese Einrichtung ist aber insbesondere wegen der erforderlichen Komparatoren zur Bildung des fest vorgegebenen Signals aufwendig. Grundsätzlich steigt der Aufwand bei diesen inkremental wirkenden Überwachungseinrichtungen, je kleiner die lnkremente gewählt werden, d. h. je mehr Widerstandssonden gestaffelt angeordnet werden, deren Spannungen auszuwerten sind.

F.s ist des weiteren eine Einrichtung zur Überwachung des ölniveaus und der öltemperatur in der Ölwanne eines Kraftfahrzeugs bekannt (DE-OS 22 01 910), die drei temperaturabhängige Widerstandssonden aufweist, die über von einer elektronischen Steuereinheit angesteuerte Schalter und Schwellwertschalter mit optischen Signalgebern verbunden sind. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich jedoch keine kontinuierliche Überwachung des Flüssigheitsniveaus vornehmen, sondern lediglich feststellen, ob ein bestimmtes vorgegebenes Flüssigkeitsniveau über- oder unterschritten ist.

Zur Messung der Füllstandshöhe sind des weiteren Hinrichtungen bekannt (DE-OS 17 98 350; DE-OS 20 24 911), die in Reihe hintereinander geschaltete, über die Füllsiundshöhe verteilte Thermoelemente aufweisen, deren in die Flüssigkeit eingetauchter oder ausgetauchter Zustand erfaßt wird. Derartige Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie aufgrund der verwendeten Thermoelemente teuer sind und eines sorgfältigen Abgleichs bedürfen, da die durch die Streuung der Thermoelemente hervorgerufenen Signaldifferenzen ohne weiteres in der Größenordnung des Meßeffekts liegen können.

Schließlich ist zur Anzeige des Unterschreitens eines bestimmten vorgegebenen Flüssigkeitsniveauseine Einrichtung bekannt (DE-OS 24 28 778), die aus der Parallelschaltung eines in die Flüssigkeit eintauchenden KaItlciters mit einer Reihenschaltung aus einer Zenerdiode und einer Leuchtdiode besteht, die aufleuchtet, sobald der Kaltleiter aus der Flüssigkeit auftaucht. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich jedoch keine kontinuierliche Niveauüberwachung vornehmen.

Zu der vorliegenden Erfindung gehört die Aufgabe, eine Einrichtung zum kontinuierlichen elektrischen Überwachen des Niveaus einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit nach der eingangs genannten Gattung, bei der lediglich die Anzahl der eingetauchten Widerstandssonden festgehalten wird, so weiier/.ucniwikkein, daß unter Einsatz wenig aufwendiger Mittel kein genauer Abgleich der Widerstandswerte der Widerstandssonden erforderlich ist, so daß die erfaßbaren Niveauabstände verhältnismäßig eng gewühlt werden können.

to Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung der Einrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Erfindungsgemäß werden also um festzustellen, ob eine Widerstandssonde ein- oder ausgetaucht ist, die an den Sonden abfallende Spannungen nacheinander differenziert. Der Kurvenverlauf dieser differenzierten Spannung hängt maßgeblich von dec Erwärmung der Widerstandssonde ab, da sich die Temperatur der eingetauchten Widerstandssonde nur wenig, die der ausgetauchten Widerstandssonde jedoch *:»-M"k, und zwar zu Beginn des Einschalten^ der Widersiandssonde in besonders großem Maße ändert. Die differenzierten Spannungen, die von der eingetauchten bzw. ausgetauchten Widerstandssonde ableitbar sind, unterscheiden sich so stark, daß Widerstandsstreuungen der Widerstandssonden zu vernachlässigen sind. Die Spitzen der differenzierten Spannungen — eventuell nach Unterdrückung der Einschalt- und Ausschaltflanken — können durch Vergleich mit einer Referenzspannung bzw. einer

Μ Schwelle ausgewertet werden. Das Ausgangssignal des Kornparators bestimmt dann, bis zu welcher Widerstandssonde die Anzahl der während eines Meßzyklus mit der Konstantstromquelle nacheinander verbundenen Widerstandssonden gezählt wird. Das Zählergebnis entspricht dann in quantisierter bzw. digitalisierter Form dem Niveau der Flüssigkeit in dem Behälter.

Durch die aufeinanderfolgende Differenzierung der an den Sonden abfallenden Spannungen, die zu Spannungsimpulsen unterschiedlicher Amplitude führen, und die Erfassung der eine vorgegebene Amplitudengröße überschreitenden Spannungsimpulse in einem Zähler, dessen Inhalt nach einem Zählvorgang dem Niveau der Flüssigkeit im Behälter entspricht, läßt sich also mit einem äußerst geringen Bauteileaufwand und ohne besondere Abgleichmaßnahmen eine genau arbsitende Niveaumeßeinrichtung realisieren.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein dem Komparator nachgeschalteter Diskriminator vorhanden, dessen einer Ausgang, der bei einer kleineren differenzierten Spannung als die Referenzspannung aktiviert ist, mit einem Zähleingang eines Zählers zur Sondensteuerung verbunden und dessen zweier Ausgang, der bei einer größeren differenzierten Spannung als die Referenzspannung aktiviert ist, mit einem Rücksetzeirgang des Zählers gekoppelt ist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind ein Zähleingang und ein Rücksetzeingang des Zählers zum Bilden des Anzeigesignals ebenfalls mit einer Einrichtung zur Ablaufsteuerung verbunden und die Zählausgänge des Zählers stehen über einen Zwischenspeicher mit einem Schieberegister in Verbindung, aus dem das Zählergebnis zur Anzeige abrufbar ist.

Um Fehler durch die verhältnismäßig hohen steilen Einschaltflanken der differenzierten Spannung einer an die Konstantstromqaelle angeschalteten Widerstandssonde zu vermeiden, die die Schwelle des Komparators überschreiten können, werden nach Anspruch 3 vorteilhaft Mittel vorgesehen, mit denen die Auswertung der

differenzierten Spannung erst nach den Einschaltflanken erfolgt.

Alternativ dazu können Störungen durch die Einschaltflanken, die die Schwelle überschreiten, dadurch vermieden werden, daß nur negative Einschaltflanken erzeugt werden. Dies kann einfach durch die in Anspruch 5 angegebene Dimensionierung der von unten nach oben angeordneten Widerstandssonden mit jeweils kleinerem Widerstandswert bewirkt werden. Dadurch wird bei dem Einschalten der nächst höheren Widerstandssonde zunächst eine negative Flanke gebildet, die in den positiven Bereich ansteigt. Vor dem Anschalten der untersten Widerstandssonde wird ein zusätzlicher Widerstand an die Konstantstromquelle angeschlossen, dessen Spannung nicht ausgewertet wird, damit beim Anschluß der untersten Widerstandssonde ebenfalls eine negative Flanke erzeugt wird. Die Staffelung der Wiuersiaiiüiiwciic ucf WidcrsiäridssGriden Simuliere zeigender Weise dazu ausgenutzt werden, die Anzahl der bis zu dieser Widerstandssonde π eingetauchten Widerstandssonden zu zählen.

in Fig. Ib sind die Spannungsverläufe dargestellt, wenn die Widerstandssonde η einen kleineren Widerstandswert als die vorangehend und die nachfolgend eingeschaltete Widerstandssonde hat. Beim Einschalten der eingetauchten Widerstandssonde tritt eine erste Impulsflanke der differenzierten Spannung dUs/dt auf. die bei negativeren Werten als bei einer abgeglichenen Widerstandssonde beginnt, was aber die Auswertung nicht stört, da auch hier die Schwelle nicht erreicht wird. Problematisch ist das Umschalten auf die nächste Wiclerstandssonde. die wieder einen normalen Widerstandswert hat, da hier die differenzierte Spannung der Sonde eine zunächst hohe positive Einschaltflanke erzeugt, die einen ausgetauchten Zustand dieser Widerstandssonde

wird zweckmäßig gemäß Anspruch 6 durch den Zuleitungswiderstand zu jeder Widerstandssonde vorgenommen.

Wenn eine Widerstandsstaffelung insbesondere bei einer großen Anzahl von Widerstandssonden schwer möglich ist, können positive Einschaltfianken gemäß Anspruch 7 dadurch vermieden werden, daß kurz vor dem Umschalten auf die nächste Widerstandssonde ein höherer Widerstand eingeschaltet wird. Die während dieses Einschaltens entstehende positive Flanke wird vorderen Auswertung unterdrückt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die zeitlichen Abläufe der an nacheinander eingeschalteten Widerstandssonden abfallenden Spannungen Us, sowie deren differenzierte Spanungen dUsldt;

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung zum elektrischen Überwachen des Niveaus in einer ersten Ausführungsform:

F i g. 3 ein Blockschaltbild der Einrichtung zum elektrischen Überwachen des Niveaus in einer zweiten Ausführungsform und

Fig.4 ein Impulsdiagramm der in der Einrichtung nach F i g. 3 auftretenden Signale.

In F i g. I sind unter a die Spannungsverläufe für den Fall dargestellt, daß die Widerstandswerte aller nacheinander einschaltbaren Widerstandssonden n— 1, η gleich sind; Fig. Ib stellt die Spannungsverläufe für den Fall dar, daß der Widerstand der Widerstandssonde π kleiner als der Widerstand der Widersiandssonde n— 1 ist: schließlich stellt Fig. Ic den Fall dar, daß der Widerstand der Sonde η größer als der Widerstand der Sonde #7—1 ist. Ferner zeigen alle Spannungsverläufe der linken Kolonne der F i g. 1 den Fall, in dem die Widerstandssonde η eingetaucht ist, während die rechte Kolonne die Spannungsverläufe für die ausgetauchte Widerstandssonde π darstellt.

Aus F i g. 1 a ist ersichtlich, daß bei einer annähernd gleichen Dimensionierung der Widerstandssonden die Spannung Us beim Umschalten der Konstantstromquelle von einer Sonde auf die nächste annähernd konstant bleibt, wenn alle Widerstandssonden eingetaucht sind. Dementsprechend bilden die differenzierten Sondenspannungen nur sehr kleine Impulse, die eine Schwelle des Komparators nicht erreichen. Ist hingegen die Widerstandssonde η ausgetauehl (— siehe rechter Teil in F i g. la — so steigt die an der Widerstandssonde π abfallende Spannung nach einer Ausgleichsfunktion an, und der zugehörige differenzierte Impuls dUsldt überschreitet die Schwelle. Dieser Impuls kann in noch zu Γιίΐν ««"π beispielsweise dadurch vermieden werden, daß der nächste Widerstand der Widerstandssonde η + 1 wiederum einen kleineren Widerstandswert als die Widerstandssonde η hat. In dem rechten Bildteil 1 b ist dargestellt, wie auch bei relativ kleinem Widerstandswert der Widerstandssonde η die differenzierte Spannung dUs/di der ausgetauchten Spannung die Schwelle sicher überschreiten kann, so daß hier eine zutreffende Auswertung der ausgciauchten Wide; -iandssonde möglich ist.

In Fig. Ic ist ersichtlich, daß bei allen eingetauchten Sonden wiederum eine verhältnismäßig große positive Einschaltflanke der differenzierter. Spannung dUsldt entsteht, wenn die Widerstandssonde η einen größeren Widerstand als die vorangehende Widerstandssonde #7 — 1 hat. Diese positive Einschaltflanke kann die Schwelle erreichen und überschreiten und simuliert so wieder fälschlich einen ausgetauchten Zustand der Sonde, wenn keine geeigneten Gegenmaßnahmen bei der Auswertung dieses Impulses getroffen werden.

Eine Möglichkeit, falsche Zählungen der ausgesuchten Widerstandssonde η in Fig. Ic oder der Wider-Standssonde η + 1 in Fig. Ib zu vermeiden, besteht darin, daß die Auswertung der differenzierten Spannung dUsldt erst nach Verschwinden der positiven Einschaltfianken einsetzt, um den Verlauf des Impulses auszuwerten, der durch Differenzieren der nach einer Ausgleichsfuntion verlaufenden Spannung an der Widerstandssonde auftritt.

Eine zweite Möglichkeit, Falschmessungen zu vermeiden, besteht darin, die Widerstandswerte der aufeinander folgend an die Konstantstromquelle angcschaltcten Sonden, die in dem Behälter von unten nach ouen angeordnet sind, fortlaufend zu verringern, so daß die Einschaltflanken im wesentlichen negativ sind, siehe Fig.2b, Spannungsverläufe der differenzierten Spannungen dUs/dt beim Einschalten der Widerstandssonde

55 n.

Bei dem voranstehenden Verfahren zum Vermeiden positiver großer Einschaltflanken ist vorausgesetzt, daß der Widerstandssprung aufeinander folgend angeschalteter Widerstandssonden größer ist als die maximal zu erwartende Steuerung der Widerstandswerte. Ferner ist vor der ersten Widerstandssonde ein Widerstand einzuschalten, dessen Spannung nicht ausgewertet wird, um auch beim Einschalten der ersten Widerstandssonde eine negative Flanke zu erzeugen.

Ist eine Widerstandsstaffelung mit aufeinander folgend abnehmenden Widerstandswerten nicht möglich, so kann kurz vor dem Umschalten auf die jeweils nächste Widerstandssonde in den Meßzweig der noch einge-

schalteten Widerstandssonde vorzeitig ein höherer Widerstand eingeschaltet werden und die dabei entstehende positive Flanke ausgebildet werden. Beim Einschalten der nächsten Widerstandssonde η entsteht dann also wieder ein Spannungsverlauf, als ob der Widerstandswert der Sonde η kleiner dimensioniert als derjenige der vorangehenden Widerstandssonde ist.

In Yig.2 ist eine Schaltungsanordnung schematisch dargestellt, welche die Mittel angibt, die die Umschaltung der Widerstandssonden und die Auswertung der an ihnen abfallenden Spannungen bewirken:

In F i g. 2 sind mit η — 1, η. η + 1 Widerstandssonden bezeichnet, die zusammen mit weiteren Widerstandssonden von unten nach oben gestaffelt in einem nicht dargestellten Behälter angeordnet sind. Jeweils eine der Widerstandssonden wird in der Reihenfolge π — I, η. η + I über Schalter 1, 2,3 durch einen Zähler mit Sondenans'.euer'jng 4 gesteuert an eine Knnstantstromquclle 5 angeschlossen. Die an jeweils einer eingeschalteten Widerstandssonde abfallende Spannung wird durch einen Differentiator 6 differenziert und einem Komparator 7 zugeführt, dessen einer Eingang 8 mit einer eine Schwelle bildenden Referenzspannung beaufschlagt wird. In einem an den Ausgang des !Comparators angeschlossenen Diskriminator 9 wird das Ausgangssignal des !Comparators ausgewertet. Ein Ausgang des Diskriminator führt zu einem Zähleingang 10 des Zählers 4 und Sondenansteuerung, während ein zweiter Ausgang des Diskriminators zu einem Rücksct/cVigang i 1 führt sowie zu einer Anzeigeeinrichtung 12. Die Anzeigeeinrichtung erhält über die unterbrochen dargestellte Leitung 13 ein Anzeigesignal aus dem Zähler und Sondenasteueuerung4.

Die Einrichtung nach F i g. 2 arbeitet im wesentlichen in der Weise, daß die Widerstandssonden nacheinander wechselweise mit der Konstantstromquelle 5 verbunden weiden. So ist in Fig. 2 gerade die Widerstandssonde η + I über den Schalter 3 eingeschaltet. Die an der Widerstandssonde η + I abfallende Spannung wird in dem Differentiator 6 differenziert und in dem Komparator 7 mit der Referenzspannung 8 verglichen, welches eine Schwelle darstellt. Wenn der Diskriminator 9 feststelle, daß die differenzierte Spannung der Widerslandssonde η + 1 die Schwelle entsprechend der Referenzspannung an dem Eingang 8 des Komparator nicht erreicht, wird ein Zählimpuls in den Zähler 4 mit Sondenansteuerung gegeben, und die nächste in der Zeichnung nicht dargestellte Widerstandssonde wird statt der Widerstandssonde η + 1 an die Konstantstromquelle 5 angeschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis die erste ausgetauchte Sonde in einem Meßzyklus erreicht ist. In diesem Fall bildet die differenzierte an der Widerstandssonde abfallende Spannung einen zu großen Spannungsimpuls, daß die Schwelle in dem Komparator 7 überschritten wird. Der Diskriminator erzeugt in diesem Fall ein Signal, welches die Anzeigeeinrichtung 12 aktiviert, so daß diese die Anzahl der in einem Meßzyklus hochgezählten eingetauchten Sonden bis zu der ersten ausgetauchten Sonde darstellt entsprechend dem Anzeigesignal, das über die Leitung 13 aus dem Zähler 4 mit Sondenansteuerung entnommen wird. Außerdem wird ein Rücksetzsignal von dem Diskriminator in den Rücksetzeingang 11 des Zählers 4 mit Sondenansteuerung eingespeist, wodurch der Zähler zurückgesetzt wird. Anschließend kann ein neuer Meßzyklus beginnen, bei dem die tiefste, nicht dargestellte. Widerstandssonde eingeschaltet wird.

In Yir.3 ist ein Blockschaltbild der Einrichtung zum Messen des Niveaus mit sechzehn Niveausiufen dargestellt.

Hierzu sind fünfzehn Wideist.nulssonclen /i bis n— 14

in dem Behälter in Niveaustufen gestaffelt angeordnet.

Die Widerstandssonden können auf einem Sensor als Nickelleilbahnen auf einer Kaptonfolie ausgebildet sein.

Jede Widerstandssonde bildet zwischen einer mit dem

Differentiator 6 und dem Komparator 7 — vergleiche auch Fig. 2 — gemeinsamen Bezugspotentialleitung

ίο und einem gemeinsamen Anschlußpunkt 14 der Konstantstromquelle 5 und des Differentiators 6 einen Meßzweig, dessen Widerstand durch die Zuleitung zu der Widerstandssonde einstellbar ist. Die Widerstände der Meßzweige mit den Widerstandssonden n— 14 bis η sind abnehmend gestaffelt. Ein zusätzlicher der Niveaustufe null zugeordneter Widerstand 15 ist außerhalb des Behälters als Festwiderstand angeordnet: sein Widerstandswert ist größer als derjenige des ersten Meßzweigs mit der Widerstandssonde n—14.

In Fig.3 ist weiter dargestellt, wie die Meßzweige mit den Sonden n— 14 bis π und dem Widerstand 15 von einem Zähler 16 gesteuert über einen Decoder 17 und Treiberstufen 18 aufeinander folgend einschaltbar sind. Der Decoder und der Treiber gehören zu der Einrichtung zur Sondenansteuerung, die in F i g. 2 zu dem Zähler 4 gehört. — Zum Bilden des Anzeigesignals ist der Zähler 19 vorgesehen, der über einen Zwischenspeicher 20 mit einem Schieberegister 21 zur seriellen Abfrage in Verbindung steht.

Der Zähler 16, der Zähler 19 und der Zwischenspeicher 20 werden durch eine Einrichtung zur Ablaufsteuerung 22 gesteuert, die mit einem Taktgenerator 23 verbunden ist.
Die Einrichtung zur Ablaufsteuerung erhält Steuersignale über eine Leitung 24 von dem Komparator 7 sowie über Leitungen 25, 26 von dem Decoder 17. Der Meßvorgang der Einrichtung nach K i g. S läuft in folgender Weise ab: Beim Einschalten der Einrichtung werden die Zähler uuf »7« gesetzt, damit bei vollem Behälter nicht alle Sonden nacheinander durchgemessen werden müssen, bis das zutreffende Anzeigesignal erreicht wird. Die maximale Zeit bis zum Bilden des ersten Anzeigesignals wird so gegenüber einer üblichen Rückstellung, die auf den Wert 0 erfolgt, halbiert.

Die Sonden werden nun nacheinander an die Konstantstromquelle über den Treiber 18 und den Decoder 17 von dem Zähler 16 gesteuert angeschaltet. Hierzu wird der Zähler 16 durch ein Taktsignal CV, welches von dem Taktgenerator 23 abgeleitet wird, hochgezählt. Ist die jeweils eingeschaltete Widerstandssonde eingetaucht, so erhält auch der Zähler 19 einen Zählimpuls aus der Einrichtung 22 zur Ablaufsteuerung nach Maßgabe des auf der Leitung 24 anstehenden Signals. Wird die jeweils eingeschaltete Widerstandssonde durch den Komparator 7 und die Einrichtung 22 zur Ablaufsteuerung als ausgetaucht erkannt, so wird ein weiteres Einzählen eines Zählimpulses C/in dem Zähler 19 gesperrt Daraufhin wird das Zählergebnis in dem Zähler 19 in dem Zwischenspeicher 20 gespeichert, wozu die Daten-Übernahme durch ein Signal L durch die Einrichtung 22 zur Abiaufsteuerung gesteuert wird. Von dem Zwischenspeicher gelangt das Zählergebnis in das Schieberegister 21, von dem es abgerufen werden kann. Nun werden beide Zähler 16 und 19 durch das Rücksetzsignal R zurückgestellt, und ein neuer Meßzyklus, beginnend mit dem Einschalten des Widerstands 15 und anschließend der Widerstandssonde n—14 anlaufen.
In der Einrichtung 22 ist ein Monoflop vorgesehen.

welches bei ausgetauchter erster Widerstandssonde n—14 eine Impulsverzögerung wirksam werden läßt, damit sich die Widerstandssonde vor dem erneuten Einschalten in dem kurzen Meßzyklus abkühlen kann, in dem die Konstantstromquelle nur an den Widerstand 15 und die Widerstandssonde n—14 anzuschließen ist. Andernfalls wäre c'le Widerstandsänderung in der Widerstandssonde n— 14 so klein, daß ein eingetauchter Zustand signalisiert würde.

Aus F i g. 4 ist der Zeitablauf verschiedener Signale in der Schaltungsanordnung nach Fig.3 dargestellt, und zwar beginnend mit dem Einschalten der vorletzten Widerstandssonde /7—1. In dem obersten Impulszug T\ sind die Taktgeneratorimpulse gezeigt, aus denen das Taktsignal T2 durch Frequenzhalbierung gebildet wird. Das Taktsignal Ti stimmt mit dem Signal Cl'zur Steuerung des Zählers 16 überein. Aus dem Impulszug Cl ist ersichtlich, daß nach dem Anschalten der Widerstandssonde n—1 ein Zählimpuls in den Zähler 19 eingespeist wird, da der Komparator ein den eingetauchten Zustand darstellendes Signal K abgibt.

Beim Einschalten der Widerstandssonde η wird der ausgetauchte Zustand durch eine Änderung des Signals K auf der Leitung 24 signalisiert. Daraufhin wird die Weiterleitung eines Zählimpulses an den Zähler 19 durch den Impulszug CE gesperrt, der im zweiten Viertel des Taktsignals T^ erzeugt wird. Dieses Signal CE erhöht die Störsicherheit, da es die eigentliche Meßzeit angibt. Außerdem wird dieses Signal in einem Flip-Flop zwischengespeichert, so daß ein Zurückkippen des Komparators durch Störsignale ohne Einfluß ist. In Abhängigkeit von dem Signal CE wird zu geeigneten Zeitpunkten der Taktsignale Γι und T2 das Signal L gebildet, das die Datenübernahme aus dem Zähler 19 in den Zwischenspeicher 20 steuert. Dieses Signal L wird ferner unabhängig von dem Signal CEdann gebildet, wenn die letzte Widerstandssonde π eingeschaltet war und den vollen Zustand des Behälters signalisiert. Schließlich wird das Rücksetzsignal R erzeugt, welches die Zähler 16 und 19 zurückstellt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

s

45

50

55

bO

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum elektrischen Überwachen des Niveaus einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit mit mehreren in unterschiedlicher Höhe in dem Behälter angeordneten temperaturabhängigen Widerstandssonden, die durch eine Einrichtung zur Ablaufsteuerung gesteuert nacheinander an eine Konstantstromquelle anschließbar sind, mit Mitteln zum Auswerten der während der Strombeaufschlagung an den Widerstandssonden abfallenden Spannungen sowie mit Mitteln zur Bildung des Anzeigesignals aus den verschiedenen Spannungen an den W iderstandssonden, dadurch gekennzeichnet, daß