DE3134382A1

DE3134382A1 - Einrichtung zur hochgenauen messung von fluessigkeitsstaenden

Info

Publication number: DE3134382A1
Application number: DE19813134382
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(grad.) 3005 Hemmingen Seichter; Herbert Dipl.-Ing. 3015 Wennigsen Trauernicht
Original assignee: Block & Seichter
Current assignee: Seichter GmbH
Priority date: 1980-10-25
Filing date: 1981-08-31
Publication date: 1982-09-16

Description

nachträgiioh

Einrichtung zur hochgenauen
Messung von Fluessigkeitsständen

Eine bekannte Einrichtung,- zur Wasser - Pegelmessung arbeitet beispielsweise mit einem Schwimmer, dessen Stellung mittels eines Drahtes auf eine Meßrolle übertragen wird. Mit der Meß· rolle ist ein Drehwinksl - Codierer verbunden, der einen den Wasserstand repräsentierenden Meßwert abgibt. Ein Plüssigkei stand kann durch solche Meßanordnungen auf einige- Millimeter genau erfaßt dterden, Für viele Aufgaben reicht diese Genauigki nicht aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtuni zur hochgenauen Messung eines Flüssigkeitsstandes zu schaffei mit der ein Flüssigkeitsstand mit wesentlich höherer Genauig] gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ai führungsformen der erf indungsgernäßen Einrichtung angegeben.
Die ffirfindun_osgemäße Einrichtung arbeitet mit einer Elektrode die auf den flüssigkeitsspiegel abgesenkt wird. Der Flüssigkeitsspiegel dient als Gegenelektrode und ist durch geeignet« Mittel elektrisch koritaktiert, Sobald die Elektrode bei Abväti fahren uen. Wasserspiegel berührt, entsteht ein Signal, das xi die Erfassung des Meßwertes ausgewertet wird. Der zum Zeitpui des Auftretens des Signales vorhandene Stand des Sensors git den exakten Flüssigkeitsstand wieder.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert.

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Es zeigen:

Fig·. 1 einen Flüssigkeitsstandsmesser mit den erfindun^s-

gemäßen. Merkmalen,
Fig. 2 einzelne Bewegungsphasen des Sensori bei der Anordnung gemäß Fig·. 1 ,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der Auswerteeinrichtung, Fig. k
und
Fig. 5 einige Details der Einrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt den grundlegenden Aufbaii der Meßeinrichtung. Eine Sensorelektrode 6 (Elektrode) ist an einem leitfähigen Draht 5, z. B. einem Stahldraht, befestigt. Der Draht 5 kann auf einen Wickelkörper 4 aufgewickelt werden. Der Wickelkörper k ist auf die Welle eines Getriebes 3 gesteckt, und wird über dieses Getriebe 3 von einem Motor 2 angetrieben. Mit dem Motor ist ein Impulsgeber 1 verbunden, der Impulse abgibt, welche richtungs abhängig· ausgewertet werden können. Geeignete Impulsgeber gehören zum Stand der Technik und sollen hier nicht näher beschrieben werden. Das leitende Gehäuse des Getriebes 3 ist mit einer Anschlußklemme 9 verbunden. Über das Gehäuse des Getriebes 3> die Welle und den leitfähigen Wickelkörper k ist der Draht 5 und damit auch die Elektrode 6 mit der Klemme y leitend verbunden.

Die leitfähige Flüssigkeit 12 ist mittels eines Kontaktstabes mit einer Klemme 10 verbunden.

Die beschriebene Elektrodenanordnung (Elektrode 6 und Wasserspiegel 8) ist mit einer elektrischen Schaltung· so gekoppelt, daß bei der Berührung der Elektrode 6 mit dem Flüssigkeitsspiegel 8 ein Spannungssprung 11 zum Zeitpunkt T entsteht.

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Mit Vorteil wird die Elektrodenanordnung mit einer Wechsel nung betrieben, um eine Abnutzung der Elektrode 6 zu verme: Mit Vorteil wird die Anordnung in Fig. 1 so ausgelegt, daß Gewicht der Elektrode 6 ausreicht, den Motor 2 über das Getriebe 3 in Bewegung- zu setzen, um die Elektrode 6 absinker lassen»,Dann kann nämlich ein eventuell vorhandenes Spiel i der Motor-Getriebe-Impulsgebereinheit 1,2,3 keine Meßfehler verursachen. Der Motor 2 wirkt dann als Generator und gibt nen Anschlußklemmen eine Generatorspannung ab. Durch Anlege ner Last kann die Abwärtsbewegung gedämpft werden. Sobald der Spannungssprung 11 infolge der Berührung- des Flü keitsspiegels 8 auftritt, wird an den Motor eine Betriebssp nung gelegt, die eine Bewegung der Elektrode 6 in Aufwärtsr: tung bewirkt» Es ist auch möglich, den Motor 2 durch Anleg-ej einer Spannung, die so groß ist, däß die durch das Gewicht c Sensors bewirkte Drehmoment des Motors aufgeiioben wird, zu bremsen und zum Stillstand zu bringen. Durch diese Maßnahme kann eine periodische Abtastung des Flüssigkeitsspiegels vor einer Steuerschaltung ausgelöst werden. Bei einer erprobten Anordnung der beschriebenen Art wurde ei Impulsgeber 1 verwendet, der zueinander um yO versetzte Iiiip reihen abgibt. Der Versatz der Impulsreihen wechselt dabei j nach Drehrichtung des Motors. Mittels eines Mikroprozessors werden diese Impulsreihen ausgewertet, indem je nach Richtun, des Versatzes ein in einem definierten Speicherbereich befiin licher Zähler in Aufwärts- bzw. Abwärtsrichtung weitergezähH wird. Der Spannungssprung 11 wird dem Mikroprozessor über eir Eingabeleitung zugeführt. Mio Ίηη: Auftreten des Spannungsspri

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ges 11 zum Zeitpunkt T wird der Inhalt des Zählers in einen anderen Speicherplatz einmal umgeschrieben. Der Inhalt des letztgenannten Speicherplatzes entspricht dann genau dem Stand der Elektrode 6, den dieser zum Zeitpunkt T, als der Flüssigkeitsspiegel berührt wurde, eingenommen hat. Unmittelbar nach dem Spannungssprung 11 wird der Motor 2 an Spannung gelegt, so daß die Elektrode 6 sich wieder aufwärts bewegt. Durch Zählen der· dabei auftretenden Impulse in einem dritten Speicherbereich bis zu einem bestimmten Zählerstand wird die Elektrode 6 um einen bestimmten Hub über den Wasserspiegel angehoben.

Es ist wegen der ohnehin vorhandenen Trägheit der mechanischen Anordnung auch möglich, das von den Klemmen 9 und 10 abgeleitete Signal 11 unmittelbar zur Steuerung des Motors 2 heranzuziehen. Der Motor muß dann solange eingeschaltet sein, wie die Elektrode den Wasserspiegel 8 berührt, und muß ausgeschaltet werden, wenn er den Wasserspiegel nicht mehr berührt.

Fig. 2 zeigt die einzelnen bei dem beschriebenen Vorgang auftretenden Bewegungsphasen der Elektrode 6 relativ zum Flüssigkeitsspiegel 8. Durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit entsteht für die Bewegung der Elektrode 6 eine Hysterese, dio sich bsi der Steuerung der Elektrode 6 vorteilhaft a\iswirkt. Da nur in einer Bewegungsrichtung, der Abwärtsrichtung, eine Auswertung erfolgt, kann durch die Hysterese kein Fehler entstehen.

Fig» 3 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 1 mit der zugehörigen Auswerteeinrichtung, die in Funktionsblöcken wiedergegeben ist.

Fig. ^k zeigt exnige Details der Anordnung. Der Wickelkörper k ist um einen Winkel oC schräggestellt _f damit die einzelnen Windungen des Drahtes 5 sich lückenlos anreihen. Der Durchmesser

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des Wickelkörpex-s ist so groß gewählt, daß eine infolge Te nip raturänderungen eintretende Veränderung der Länge des Drahte durch die Vergrößerung des Umfang es des Wickelkörpers k aui'^ nommen wird. Dieses trifft, vie rechnerisch ermittelt werden genau für einen Dtirchinesser des Wickelkörpers k für eine bestimmte Elektrodenstellung zu. Zweckmäßi^enfeise berechnet ni den Punkt der völligen Kompensation so, daß dieser an der kritischsten Stelle des Meßbex^eiches (z. B, Mitte des Bereic liegt. Hierdurch kann der Fehler über den gesamten Meßbereich kleineehalten werden.

Veiter ist eine Einrichtung 14 vorgesehen, die eine Lichtsch: umfaßt. Die Elektrode 6 kann in die Einrichtung 14 hineingef; ren werden. Bei der Unterbrechung- der Lichtschranke durch di< Elektrode 6 gibt die Lichtschranke ein Signal ab. Mit diesem Signal wird in der Auswerteeinrichtung die Übernahme eines g« speichterten und vorgegebenen Wertes in den den Stand des Wickelkörpers h repräsentierenden Zähler gesteuert. Durch die Maßnahme in Verbindung mit der Bemessung des Durchmessers des Wxclcelkörpers K wird eine weitgehende Temperaturkompensation der Anordnung erreicht.

Die Spitze der Elektrode 6 weist einen Winkel ß auf, der so gewählt ist, daß ein eventuell an der Spitze haftender Tropfe der Flüssigkeit die Spitze der Elektrode nicht verdeck!;,

Bei der Anordnung· in Fig. h reinigt ein den Draht 5 umschließ der Pinsel 15 den Draht von eventuellen Verunreinigungen. Vor teilhaft wird der Pinsel 15 mit einem Öl getränkt.

Fig. 5 zeigt eine Einrichtung, mit der der Wickelkox^pex- k mit dem aufgewickelten Draht 5 fixierb werden kann. Zwei Brems-

backen 16 und 17» die mit Filz belegt sind, umgreifen den Wickelkörper k. Die Bremsbacken werden durch Anlegen einer Spannung an Elektromagnete 18 und 19 gelöst.

Bei einem praktisch aufgebauten Gerät wurde ein Impulsgeber 1 verwendet, der eine Auswertung von 60 Impulsflanken pro Umdrehung des Motors 2 zuläßt. Das Getriebe hatte ein Untersetzungsverhältnis -von. 173 i 1 und der ¥ickelkörper 4 einen Durchmesser von 75mm. Bei dieser Anordnung wird eine Auflösung von 0,025mm erreicht. Bei wiederholtem Meßablauf entsprach die Tleproduzierbarkeit der Meßwerte der Auflösung (θ,025mm).

In Fig. 6 ist eine Meßreihe in ein Diagramm gefaßt wie sie durchgeführt wurde. Es handelt sich um Messungen, die am Pegelhaus Nortmoor an der Jümme bei Leer/Ostfriesland durchgeführt wurden. Das Diagramm zeigt den -von der Tiede beeinflußten Niedrigwasserdurchgang.

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Claims

Patentansprüche

1,) Einrichtung zur hochgenauen Messung eines Flüssigkeits-Standes mit einem Sensor, der an einen Draht hängend angeordnet ist, und mit einer Nachlauf-Steuereinrichtung, durch die der Abstand des Sensors zum Flüssigkeitsspiegel

geregelt

8.. a wird, mit folgenden Merkmalen:

a) Der Sensor ist als Elektrode (6) ausgeführt, die mit dem Flüssigkeitsspiegel (8) in elektrischen Kontakt treten kann, wobei der Flüssigkeitsspiegel (8) die Gegenelektrode darstellt.

b) Der Draht (5)» an dem die Elektrode (6) hängt, ist als elektrische Zuleitung für'die Elektrode (6) verwendet.

c) Die Berührung des Flüssigkeitsspiegels (8) ist als Schaltkriterium für die Nachlauf-Steuerung und die Meßwertbildung verwendet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Drahtes (5) an einem Wickelkörper (k) befestigt ist, auf den der Draht (5) bei der Nachlaufsteuerung· mehr oder weniger aufgewickelt wird, und daß ein der Winkelstellung des Wickelkörpers (if·) entsprechendes Codesignal gebildet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 2,ur einlagi^en, lückenlosen Aufwicklung des Drahce? (3J der Wickelkörper (i|·) geringfügig schräggestellt (ec) ist.

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Einrichtung· nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Wickelkörpers (k) unter Berücl· sichtigung der Ausdehnungseigenschaften des Materials des Drahtes (5) einerseits und des Wickelkörpers (4) 0 rerseits so gewählt ist, daß eine durch Temperaturändc verursachte Änderung der Länge des Drahtes (5) durch c Änderung des Durchmessers bzw. Umfanges des tfickelkörpers (4) kompensiert wird.

Einrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt der völligen Temperaturkompensation in Mitte des Arbeitsbereiches liegt.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) als Spi mit einem solchen ¥inkel (ß) ausgeführt ist, daß an d Spitze haftende Flüssigkeit die Messung nicht beeinträchtigt.

Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehend Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung nit einem ersten Zähler, in den analog zu den Umdrehungen des ¥ickelkörpers (k) Impulse je nach Drehrichtung des Wickelkörpers (h) in Auf- oder Abwar richtung gezählt werden, und ein den aktuellen Meßwer

enthaltender Speicher vorgesehen sind, und daß der

Zählerstand des ersten Zählers jeweils in den Speicher

übernommen wird, wenn ein Schaltsignal (11) von der Elektrode (6) abgegeben wird.

8. Einrichtung· nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Zähler vorgesehen ist, in den Impulse nach Auftreten des Sehaltsignals (11) beim Hochfahren der Elektrode (6) eingezählt werden, und daß mit Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes die Elektrode (6) wieder in Abwärtsrichtung gefahren wird.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper (4) von einem Motor (2) über ein Getriebe (3) angetrieben wird, und daß der Sensor über den Draht (5) auf den Yickelkörper (4) ein so großes Drehmoment ausübt, daß die Elektrode (6) ohne Antrieb des Motors (2) in Abwärtsrichtung bewegt wird, und daß zur Bewegung der Elektrode (6) in Aufwärtsrichtimg an den Motor (2) eine Spannung gelegt wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (2) bei der Abwärtsbewegung, der Elektrode (6) als Generator betrieben wird, der mit einer elektrischen Last belastet wird zur Dedämpfung der Abwärtsbewegung der Elektrode (6).

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11. Einrichtung nacli Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet _t daß die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung größer gewählt ist als die durch den Motor (2) bewirkte Geschwii digkeit in Aufwärtsrichtung, und daß die im Generatorb« trieb des Motors (2) an den Anschlußklemmen gelieferte Generatorspannung zur Aufladung eines Akkumulators diej dem die Betriebsspannung für den Motorbetrieb entnomme.] ist.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehende: Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Betri zustand "Abwärtsbewegung" und dem Betriebszustand "Auf wärtsbewegung" ein dritter Zustand "Stillstand" vorges ist, in dem der Wickelkörper (h) abgebremst ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbremsung des Wickelkörpers (4) durch Anlegen einer Spannung an den Motor (2) bewirkt ist, die so groß bemessen 1st, daß das von dem Sensor herrührende Drehmoment aufgehoben wird.

Einrichtung nach Anspruch k oder 5 s dadurch gekenazeic daß eine Einrichtung (1^) vorgesehen ist, die bei aufg wickeltem Draht (5) die Erfassung eines Bezugsniveaus laubt, und daß der die Stellung des Wickelkörpers (k) repräsentierende Zähler bei diesem Bezugsniveau auf

einen in einem Speicher vorgegebenen ¥ert setzbar ist,

15· Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (i4) eine Lichtschranke umfaßt, die bei einer definierten Stellung der Elektrode (6) ein Steuersignal abgibt, mit dem die Übernahme des vorgegebenen Wertes in den Zähler gesteuert wird.

16. Einrichtung- nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Wickelkörper {k) wirkende Bremseinrichtung vorgesehen ist.