DE3248449A1 - Method for measuring the liquid level of electrically conductive media in liquid containers where the liquid level changes, and a device for carrying out the method - Google Patents

Method for measuring the liquid level of electrically conductive media in liquid containers where the liquid level changes, and a device for carrying out the method

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Abstract

The invention relates to a method for measuring the liquid level of electrically conductive media in liquid containers where the liquid level changes, according to which method the liquid level is measured with respect to a predetermined zero level by measuring the capacitance of a coaxial capacitor whose negative electrode can be formed by the electrically conductive medium. The invention also relates to a device for carrying out the method, which device consists of a core (1) which is sheathed by an insulating layer (2), is produced from an electrically conductive material and, when immersed in the conductive medium forms a capacitor (6) having an earth electrode which is formed by the electrically conductive material, by means of which method and device level and filling-level measurements can be carried out in electrically conductive media, especially water, even when there is a layer of a non-conductive medium, such as oil, for example, floating on the liquid surface of the conductive medium, without the measurement result being adversely affected by the non-conductive medium or incorrect measurements occurring. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich- The invention relates to a method and a device

tung zur Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich veränderndem Flüssigkeitsniveau.device for measuring the liquid level of electrically conductive Media in liquid containers with changing liquid level.

Bekannt sind verschiedene Verfahren, nach denen man die Füllstandshöhe von elektrisch leitenden Medien, insbesondere Flüssigkeiten, wie z.B. Brauchwasser, messen kann. Die meisten davon werden bei freier Füssigkeitsoberfläche, also einer eindeutig definierten Trennebene zwischen Luft und der leitenden Flüssigkeit, gut funktionieren. Sowie aber Verunreinigungen, insbesondere Öle auf der Oberfläche schwimmen, ist die Durchführung dieser Verfahren oftmals mit Schwierigkeiten verbunden und es kann sich eine völlige Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit von entsprechenden Vorrichtungen ergeben. Da die Meßfühler beim Aufsteigen der Flüssigkeit durch die Ölschicht hindurchstoßen müssen, verkleben und verschmieren ihre Oberflächen bzw. es setzen sich ihre entsprechenden Öffnungen mit Verunreinigungen, beispielsweise Ölklumpen, zu. Various methods are known, according to which you can determine the level from electrically conductive media, especially liquids such as industrial water, can measure. Most of them are with a free liquid surface, so one clearly defined dividing line between air and the conductive liquid, good function. But also impurities, especially oils on the surface swimming, these procedures are often difficult to perform and it can have a complete impairment of the functionality of the corresponding Devices result. Since the sensors when the liquid rises through the Oil layer have to push through, stick and smear their surfaces or it put their respective openings with contaminants, for example Lump of oil, too.

Ein sehr umfangreicher und kritischer Anwendungsbereich für derartige Meßverfahren und Meßgeräte ist die Ölbeseitigungstechnik. - Für die Effektivität von blåufnahmegeräten ist die Kenntnis der Dicke der aufzunehmenden Öl schicht äußerst wichtig. Bisher gibt es kein Meßverfahren, das in der Lage ist, die Trennschicht zwischen Öl und Wasser meßtechnisch genau zu erfassen, denn zumindest bei hochviskosen und stark adhärierenden Ölen werden die Fehlerabweichungen unverhältnismäßig groß. A very extensive and critical area of application for such The technique of oil removal is the measuring method and instrumentation. - For effectiveness When it comes to blue recording devices, knowing the thickness of the oil layer to be absorbed is extremely important important. So far there is no measuring method that is able to determine the separating layer between oil and water can be measured precisely, because at least with highly viscous ones and strongly adhering oils, the error deviations are disproportionately large.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen Höhen-und Füllstandsmessungen von elektrisch leitenden Medien, insbesondere Wasser, auch dann durchführbar sind, wenn auf der Flüssigkeitsoberfläche des elektrisch leitenden Mediums eine Schicht aus einem nicht leitenden Medium, wie z.B. The object of the present invention is therefore to provide a method and to create a device with which height and level measurements are carried out electrically Conductive media, especially water, can also be carried out if on the Liquid surface of the electrically conductive medium a layer of a non conductive medium, e.g.

Ö1, schwimmt, ohne daß durch das nicht leitende Medium das Meßverfahren beeinträchtigt wird oder es zu Fehlmessungen kommt.Ö1, floats without the measuring process being affected by the non-conductive medium is impaired or incorrect measurements occur.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich veränderndem Flüssigkeitsniveau vorgeschlagen, nach dem erfindungsgemäß die Höhe des Flüssigkeitsspiegels gegenüber einem vorgebbaren Nullniveau durch die Messung der Kapazität eines Koaxial-Kondensators dessen negative Elektrode durch das leitende Medium ausbildbar ist, gemessen wird. To solve this problem, a method for measuring the liquid level is provided of electrically conductive media in liquid containers with changing liquid levels proposed according to the invention the height of the liquid level opposite a specifiable zero level by measuring the capacitance of a coaxial capacitor whose negative electrode can be formed by the conductive medium is measured.

Als weitere Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, die erfindungsgemäß als ein mit einer Isolierschicht ummantelter Kern ausbildet ist,- der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff besteht und in das elektrisch leitende Medium getaucht einen Kondensator mit einer vom leitenden Medium gebildeten Massenelektrode bildet. Another solution to this problem is a device for carrying out of the method proposed according to the invention as one with an insulating layer Sheathed core is formed - which consists of an electrically conductive material and immersed in the electrically conductive medium a capacitor with one of the conductive ones Medium formed mass electrode forms.

Mit einem derartigen Verfahren und der hierfür ausgebildeten Vorrichtung ist die Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich,'veränderndem Flüssigkeitsniveau auch dann durchführbar, wenn sich auf der Flüssigkeitsoberfläche der elektrisch leitenden Flüssigkeit eine Schicht aus einem nicht-leitenden Medium, wie beispielsweise eine Ölschicht, befindet. Das Verfahren beruht auf einer kapazitiven Messung mit einem Koaxial-Kondensator. Die positive Elektrode wird durch einen stabförmigen, elektrisch leitenden Kern, in der Regel also durch einen Metallstab von beliebiger,Länge, dargestellt. With such a method and the device designed for this is the measurement of the liquid level of electrically conductive media in liquid containers with changing fluid level also feasible if A layer forms on the liquid surface of the electrically conductive liquid from a non-conductive medium, such as a layer of oil. That The method is based on a capacitive measurement with a coaxial capacitor. the positive electrode is formed by a rod-shaped, electrically conductive core, in usually represented by a metal rod of any length.

Die negative Elektrode ist die elektrisch leitende Flüssigkeit selbst, wobei die Verbindung mit den entsprechenden Kapazitätsbestimmungseinrichtungen über eine an beliebiger Stelle in der Flüssigkeit eingebrachte Kontakteinrichtung hergestellt wird. Da Öle elektrisch nicht-leitend sind haben sie auf die Messung der Eintauchtiefe der Meßvorrichtung in das Wasser keinen Einfluß.The negative electrode is the electrically conductive liquid itself, the connection with the corresponding capacity determination devices via a contact device introduced at any point in the liquid is produced will. Since oils are electrically non-conductive, you have to measure the immersion depth the measuring device in the water no influence.

Die Änderung der Kapazität wird nicht durch die Anderung eines Dielektrikums bewirkt, sondern durch die Anderung der elektrisch wirksamen Fläche der Außenelektrode, denn die Kapazität eines Zylinderkondensators ist stets proportional zu seiner Länge, d.h. je. höher das Wasser an der Meßvorrichtung emporsteigt, um so größer wird die Kapazität, und zwar völlig unabhängig von irgendwelchen Ölschichten, die auf der Oberfläche schwimmen. Lediglich der außen am Stab anhaftende ö1-film, der mit in die Tiefe gezogen wird, könnte das Ergebnis in Form einer Vergrößerung des -Außendurchmessers beeinflussen. The change in capacitance is not caused by changing a dielectric caused, but by changing the electrically effective area of the outer electrode, because the capacity of a cylinder capacitor is always proportional to its length, i.e. ever. the higher the water rises on the measuring device, the greater the Capacity, completely independent of any oil layers on the Swim surface. Only the oil film adhering to the outside of the rod, which is linked to in As the depth is drawn, the result could be an increase in the outer diameter influence.

Es hat sich aber überraschenderweise bei der Durchführung diverser Versuche gezeigt, daß sich diese Abweichungen durch geeignete Auswahl der Abmessungen und Materialien bei der Ausbildung der Meßvorrichtung in unbedeutenden Grenzbereichen halten lassen. It has surprisingly proven to be diverse in the implementation Experiments have shown that these deviations can be achieved by suitable selection of the dimensions and materials in the formation of the measuring device in insignificant boundary areas let hold.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist sehr robust und einfach, da sie lediglich aus einem stark isolierten Metallstab besteht. Außerdem ist sie in weiten Bereichen temperaturunabhängig und reagiert äußerst schnell,da sich das elektromagnetische Feld zwischen Stab und dem leitenden Medium schlagartig aufbaut. Ferner ist die Vorrichtung absolut zuverlässig , da keine komplizierten beweglichen oder verschmutzbaren Bauteile verwendet werden. In der'Oberfläche schwimmende, nicht-leitende Verunreinigungen , wie beispielsweise Öle, in beliebigen Schichtstärken beeinflussen die Messungen nicht. Das Gerät ist nicht nur für alle leitenden Flüssigkeiten, sondern auch'für leitfähiges Schüttgut, wie beispielsweise Metallpulver, verwendbar. The device designed according to the invention is very robust and simple, as it only consists of a heavily insulated metal rod. aside from that it is temperature-independent in large areas and reacts extremely quickly because The electromagnetic field between the rod and the conductive medium suddenly changes builds up. Furthermore, the device is absolutely reliable since it is not complicated Movable or dirty components are used. Floating in the surface, non-conductive impurities, such as oils, in any layer thickness do not affect the measurements. The device is not only suitable for all conductive liquids, but can also be used for conductive bulk material, such as metal powder.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Further advantageous refinements of the invention can be found in FIGS Subclaims.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in einer schaubildlichen Seitenansicht dargestellt. In the drawing is a device designed according to the invention shown in a diagrammatic side view.

Die mit 100 bezeichnete Vorrichtung besteht ads einem mit einer Isolierschicht 2 ummantelten Kern 1. The device labeled 100 consists of an insulating layer 2 coated core 1.

Der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellte, stabförmige Kern 1 bildet die positive Elektrode eines,Koaxial-Kondensators 6 und er ist mindestens so lang ausgebildet, wie die Spiegelhöhe der zu messenden Flüssigkeit maximal schwanken kann. Der Kern 1 ist ummantelt von der gegenüber dem Stabdurchmesser relativ dicken Isolierschicht 2, die auch um das untenseitige Ende 3 des Kerns herumgezogen ist. Die als Dielektrikum dienende Isolierschicht, die den Kern 1 konzentrisch umgibt, ist bezüglich ihrer Abmessungen und Materialdaten (Dielektrizitätskonstante) so gewählt, daß auswertbare Meßwertergebnisse erreichbar sind. Sie kann aus einem Kunststoff mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante, wie Polytetrafluoräthylen, unter dem Sndelsnamen Teflon bekannt, Polystyrol, Polyäthylen od.dgl. bestehen. The rod-shaped one made of an electrically conductive material Core 1 forms the positive electrode of a coaxial capacitor 6 and it is at least formed as long as the level of the liquid to be measured fluctuates maximally can. The core 1 is encased by the relatively thick compared to the rod diameter Insulating layer 2, which is also drawn around the underside end 3 of the core. As Dielectric serving insulating layer, which the core 1 concentrically surrounds, is with regard to its dimensions and material data (dielectric constant) chosen so that evaluable measured value results can be achieved. She can come from one Plastic with a relatively low dielectric constant, such as polytetrafluoroethylene, known under the brand name Teflon, polystyrene, polyethylene or the like. exist.

Um gegebenenfalls beim Eintauchvorgang der Meßvorrichtung anhaftenden Verunreinigungen eine möglichst geringe Angriffsfläche bzw. Anhaftfläche zu bieten, ist die Spitze 4 der Isolierschicht 2 kegelförmig ausgebildet, wobei hier auch andere geeignete geometrische Formgebungen gewählt werden können. In order to prevent the measuring device from adhering during the immersion process To offer impurities the smallest possible attack surface or adhesion surface, the tip 4 of the insulating layer 2 is conical, with others here as well suitable geometric shapes can be selected.

Die Linearität zwischen Kapazität und Eintauchtiefe einer solcher als Koaxial-Kondensator arbeitenden Vorrichtung 100 ist dadurch veränderbar, daß die Isolierschicht 2 nicht zylindrisch, sondern mit einer anderen Formgebung, wie beispielsweise als Konus aufgebracht wird. Dadurch ist es möglich, in bestimmten, vorgegebenen Meßbereichen die Wasserstandshöhe feinfühliger aufzumessen als- in den anderen Bereichen. The linearity between capacity and immersion depth of such device 100 operating as a coaxial capacitor can be varied in that the insulating layer 2 is not cylindrical, but with a different shape, such as for example, is applied as a cone. This makes it possible in certain, to measure the water level more sensitively than in the specified measuring ranges the other areas.

Die Vorrichtung kann auch aus mehreren Einzelmeßvorrichtungen bestehen, die an einem senkrechten Träger in Reihe übereinander angeordnet sind. Ebenso kann die Vorrichtung an einem senkrechten Träger so angeordnet sein, daß eine Verschiebbarkeit in Trägerlängsrichtung erreichbar ist. The device can also consist of several individual measuring devices, which are arranged in a row one above the other on a vertical support. Likewise can the device can be arranged on a vertical support so that it can be displaced can be reached in the longitudinal direction of the carrier.

Bei einer Anordnung der Vorrichtung 100 in dem leitenden Medium 5 wird das negative Massepotential des Koaxial-Kondensators 6 durch das elektrisch leitende Medium 5 dargestellt, wobei der elektrische Anschluß über die Kontaktfläche 10 herstellbar ist. Die Änderung der Kapazität,des Koaxial-Kondensators 6 ergibt sich durch die Änderung der in der Zeichnung beispielsweise angegebenen Eintauchtiefe 7 des Metallkerns 1 in das zu messende Medium 5, wobei sich bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung als Null-Ebene 11 die untere Grenze der Eintauchtiefe 7 ergibt, da bei einem Absinken des Flüssigkeitsspiegel in den Bereich der Null-Ebene 11 die Kapazität des Koaxial-Kondensators 6 gegen null geht. When the device 100 is arranged in the conductive medium 5 is the negative ground potential of the coaxial capacitor 6 through the electrical conductive medium 5 shown, the electrical connection via the contact surface 10 can be produced. The change in capacitance of the coaxial capacitor 6 results by changing the immersion depth specified in the drawing, for example 7 of the metal core 1 in the medium 5 to be measured, with the in the drawing The arrangement shown as the zero plane 11 represents the lower limit of the immersion depth 7 results, because when the liquid level falls into the range of the zero level 11 the capacitance of the coaxial capacitor 6 goes to zero.

Die auf dem zu messenden, elektrisch leitenden Medium 5 schwimmende Schicht 8, die beispielsweise aus einer Ö1-schicht bestehen kann und das elektrisch nichtleitende Medium bildet, beeinflußt die Ergebnisse der Höhen- und Füllstandsmessung nicht. The floating on the electrically conductive medium 5 to be measured Layer 8, which can consist of an oil layer, for example, and that is electrical forms a non-conductive medium, influences the results of the height and level measurement not.

Die bei 9 angedeutete Kapazitätsbestimmungseinrichtung ist mit dem Kern 1 und der an einer beliebigen Stelle des zu messenden Mediums 5 angeordneten Kontaktfläche 10 verbunden. Als Kapazitätsbestimmungseinrichtung 9 sind alle bekannten Vorrichtungen und Geräte zur Kapazitätsbestimmung anwendbar. The indicated at 9 capacity determining device is with the Core 1 and the one arranged at any point on the medium 5 to be measured Contact surface 10 connected. As the capacity determining device 9, all are known Devices and devices for determining capacity can be used.

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Claims (7)

Titel: Verfahren zur Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich veränderndem Flüssigkeitsniveau und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche Verfahren zur Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich veränderndem Flüssigkeitsniveau, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Flüssigkeitsspiegels gegenüber einem vorgebbaren Nullniveau durch die Messung der Kapazität eines Koaxial-Kondensators, dessen negative Elektrode dadurch das elektrisch leitende Medium ausbildbar ist, gemessen wird.Title: Method of measuring the liquid level of electrical conductive media in liquid containers with changing liquid level and a device for performing the method Measurement of the liquid level of electrically conductive media in liquid containers with changing liquid level, characterized in that the height of the Liquid level compared to a predeterminable zero level by measuring the Capacity of a coaxial capacitor, the negative electrode of which is the electrical conductive medium can be formed, is measured. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit einer. Isolierschicht (2) ummantelten Kern (1), der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff besteht und in das elektrisch leitende Medium (5) getaucht einen Kondensator (6) mit einer vom leitenden Medium (5) gebildeten Massenelektrode bildet. 2. Device for performing the method according to claim 1, characterized through one with one. Insulating layer (2) encased core (1), which consists of an electrically conductive material and immersed in the electrically conductive medium (5) Forms capacitor (6) with a ground electrode formed by the conductive medium (5). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) aus einem Kunststoff mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante, wie Polytetrafluoräthylen, Polystyrol, Polyäthylen od'.dgl.,besteht 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the insulating layer (2) made of a plastic with a relatively low dielectric constant, such as polytetrafluoroethylene, Polystyrene, polyethylene or the like., Is 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) den Kern (1) konzentrisch umgibt, wobei der Radius dieser Isolierschicht (2) über der Länge des Kerns (1) veränderbar ausbildbar ist.4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized characterized in that the insulating layer (2) surrounds the core (1) concentrically, wherein the radius of this insulating layer (2) can be designed to be variable over the length of the core (1) is. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in das elektrisch leitende Medium (5) eingetauchte Ende (4) der Isolierschicht (2) über das Ende (3) des Kerns(l) hinaus verlängert und zugespitzt ausgebildet ist. 5. Apparatus according to claim 2 to 4, characterized in that the end (4) of the insulating layer immersed in the electrically conductive medium (5) (2) extended beyond the end (3) of the core (1) and formed to a point is. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2-bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorrichtungen an einem senkrechten Träger in Reihe übereinanderliegend angeordnet sind. 6. Apparatus according to claim 2-5, characterized in that several devices arranged one above the other in a row on a vertical support are. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung an einem senkrechten Träger angeordnet und in Trägerlängsrichtung verschiebbar ausgebildet ist. 7. Apparatus according to claim 2 to 5, characterized in that the device on a vertical support arranged and in the longitudinal direction of the carrier is designed to be displaceable.
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