DE3428132A1

DE3428132A1 - Verfahren zur messung von fluessigkeitshoehen in behaeltern

Info

Publication number: DE3428132A1
Application number: DE19843428132
Authority: DE
Inventors: J. Michael 8023 Pullach Mehltretter; Bernd Dr. Scholtysik; Wilhelm 8000 München Steitz; Andreas Dr. 8000 München Truckenbrodt
Original assignee: TC TECHNOLOGIE CONSULTING INST
Current assignee: TC TECHNOLOGIE CONSULTING INST
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1985-06-13

Description

Verfahren zur Messung von Flüssigkeitshöhen in Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Flüssigkeitshöhen in Behältern, Tanks und dgl., wobei störende Effekte wie Bewegung der Flüssigkeit und der Flüssigkeitsoberfläche, Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche, Luftblasen in der Flüssigkeit, unterschiedliche chemische und elektrische Eigenschaften der Flüssigkeit keinen Einfluß auf die Messung besitzen.
In der Praxis sind für die Messung von Flüssigkeitshöhen in Behältern folgende Verfahren bekannt: a) berührungslose Abstandsmessung mit von oben auf die Flüssigkeitsoberfläche gesendeten und dort reflektierten Wellen (z.B. Ultraschallentfernungsmessung) b) direkte Messung der Flüssigkeitshöhe mit am Behälterboden angebrachtem Ultraschallsensor c) elektrische Messung, z.B. durch elektrische Leitung zwischen in die Flüssigkeit eintauchenden Elektroden d) pneumatische Messung mittels in die Flüssigkeit eintauchendem Tauchrohr, in dem sich ein der Flüssigkeitshöhe entsprechender Druck aufbaut e) Messung des hydrostatischen Drucks am Behälterboden f) Ermittlung der Position eines der Flüssigkeitsoberfläche folgenden Schwimmkörpers durch geeignete Wegmeßsysteme (z.B. induktive Wegmessung, Messung mittels Wirbelstromprinzip, Wegabfrage mit einer Reihe von Reed-Schaltern) Bei diesen bekannten Verfahren treten z.T. folgende Nachteile auf: a) nur für größere Meßentfernungen geeignet, u.U. geringe Meßgenauigkeit b) störender Einfluß der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit; Störungen der Messung durch Flüssigkeitsbewegung im Behälter, Luftblasen in der Flüssigkeit, schäumende Flüssigkeitsoberfläche c) Einfluß der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit; störender Einfluß durch Ablagerungen der Flüssigkeit auf dem Meßsystem c) das gewonnene pneumatische Meßsignal muß vielfach in eine für die weitere Signalverarbeitung geeignete Energieform (z.B. elektrische Spannung) umgeformt werden; die Einleitung von Luft in die Flüssigkeit ist u.U. nicht zulässig e) ausreichend genaue Druckaufnehmer sind relativ teuer f) geeignete Wegmeßsysteme sind relativ teuer Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Höhe von beliebigen Flüssigkeiten in Behältern zu messen, ohne daß störende Effekte die Messung beeinflussen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem die zu messende Flüssigkeit enthaltenden Behälter ein vertikales Rohr angebracht ist, das als Führung für einen der Flüssigkeitsoberfläche folgenden, das Rohr umgebenden Schwimmkörper dient, der einen Permanentring- magneten enthält, der durch Kopplung mittels magnetischer Kräfte einen Scheiben- oder stabförmigen Permanentmagneten im Führungsrohr bewegt. Die Position des Magneten im Rohr wird dadurch ermittelt, daß an einem Ende des Rohrs ein an sich bekannter Ultraschallsensor angebracht ist, der durch ein im Rohr enthaltenes Fluid Ultraschall-Impulse aussendet, die am Magneten reflektiert und vom Ultraschallsensor wieder empfangen werden, wobei aus der Laufzeit der Ultraschall-Impulse der Abstand des im Rohr vorhandenen Reflexionsmagneten vom Ultraschallsensor und damit auch die Lage der Flüssigkeitsoberfläche im Behälter ermittelt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
Bei der Ausführung der Erfindung nach Fig. 1 ist in einem Behälter 1, der die Flüssigkeit 2 enthält, deren Füllhöhe H bestimmt werden soll, ein vertikales Rohr 3 angebracht, dessen Innenraum gegenüber der Flüssigkeit 2 vollständig abgeschlossen und mit einem geeigneten Fluid 4 gefüllt ist. Das Rohr 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung am Boden des Behälters 1 befestigt. Das Rohr 3 dient als Führung für einen das Rohr umgebenden Schwimmkörper 5, der mit einer bestimmten Eintauchtiefe der Oberfläche der Flüssigkeit 2 im Behälter 1 folgt.
Im Schwimmkörper 5 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 6 angebracht, der durch magnetische Kraftwirkung einen im Rohr 3 mit geringem Spiel geführten Permanentmagneten 7 mitbewegt, so daß die Position des Magneten 7 im Rohr 3 ein Maß für die Füllhöhe H der Flüssigkeit 2 im Behälter 1 ist. In der Ausführung der Erfindung nach Fig. 1 sind die Nord- und Südpole N und S der beiden Magneten 6 und 7 so orientiert, daß sich die beiden Magneten durch die Wand des Rohres 3 hindurch anziehen. Die Position des Magneten 7 im Rohr 3 wird dadurch berührungslos gemessen, daß am unteren Ende des Rohres 3 ein Ultraschallsensor 8 angebracht ist, der Ultraschallimpulse 9 aussendet, die in dem im Rohr 3 enthaltenen Fluid 4 weitergeleitet, vom Magneten 7 reflektiert und vom Ultraschallsensor 8 wieder empfangen werden, wobei aus der Laufzeit der Ultraschall impulse 9 und der bekannten Schallgeschwindigkeit des Fluids 4 der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 8 und dem Magneten 7 und damit auch die Füllhöhe H der Flüssigkeit 2 im Behälter 1 ermittelt wird. Durch das Rohr 3 ist die Ultraschall-Wegmessung im Fluid 4 vollständig von störenden Einflüssen der Flüssigkeit 2 (z.B. Bewegung der Flüssigkeit 2, Schaum auf der Oberfläche der Flüssigkeit 2, Luftblasen in der Flüssigkeit 2) isoliert. Da die Übertragung der Ultraschallimpulse im Fluid 4 erfolgt, ist die Messung unabhängig von der Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit 2.
Durch die ebene Unterseite des Magneten 7 wird eine optimale Reflexion der Ultraschallimpulse erreicht, wobei auch bei einer Schräglage des Rohres 3 gegenüber der Vertikalen die Funktion des Füllhöhenmeßsystems gewährleistet ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung der Erfindung ist der Ultraschallsensor 8 am oberen Ende des Rohres 3 angebracht. Dabei ist bei der Meßsignalauswertung zu berücksichtigen, daß eine Vergrößerung der Füllhöhe H der Flüssigkeit 2 im Behälter 1 eine Verkleinerung des Abstandes zwischen dem Ultraschallsensor 8 und dem Reflexionsmagneten 7 bewirkt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Aus- führung der Erfindung muß durch geeigente Maßnahmen sichergestellt werden, daß das Rohr 3 zwischen dem Ultraschallsensor 8 und dem Magneten 7 vollständig vom Fluid 4 ausgefüllt ist. Die Ausführung der Erfindung nach Fig. 2 ist vorteilhaft, wenn der Behälter 1 nur von oben zugänglich ist (z.B. Erdtank), vorteilhaft ist außerdem, daß eine Montage des Meßsystems auch im gefüllten Tank möglich ist.
Bei der Ausführung der Erfindung nach Fig. 3 ist die Orientierung der Magnetpole N und S so, daß sich die Magneten 6 und 7 abstoßen. Der Magnet 7 befindet sich im Rohr 3 über dem Magneten 6 und nimmt gegenüber dem Magneten 6 eine solche Stellung ein, daß bei konstantem vertikalen Abstand der Magneten 6 und 7 Gleichgewicht zwischen der Gewichtskraft des Magneten 7 und der magnetischen Abstoßungskraft zwischen den Magneten 6 und 7 herrscht. Dadurch wird vermieden, daß die magnetische Koppelkraft zwischen den Magneten zu einer Reibung der Magneten6 und 7 an der Wand des Rohres 3 führt, wie dies bei der Ausführung der Erfindung nach Fig. 1 und 2 auftritt.

Claims

Patentansprüche 1) Verfahren zur Messung der Füllhöhe von Flüssigkeiten in Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter ein vertikales Rohr angebracht ist, mit dem ein der Flüssigkeitsoberfläche folgender, das Rohr umgebender Schwimmkörper geführt wird, der einen ringförmigen Permanentmagneten enthält, der durch Kopplung mittels magnetischer Kräfte einen im Rohr befindlichen Magneten bewegt, dessen Position dadurch ermittelt wird, daß das Rohr mit einem Fluid gefüllt ist und an einem Ende des Rohrs ein Ultraschallsensor vorhanden ist, der den Abstand zwischen Ultraschallsensor und Magnet im Rohr mißt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der im Schwimmkörper und im Rohr vorhandenen Magneten in der Weise orientiert sind, daß zwischen den Magneten eine Abstoßungskraft wirkt, durch die der im Rohr vorhandene Magnet eine in vertikaler Richtung um einen definierten Abstand höhere Lage einnimmt als der Ringmagnet im Schwimmkörper, so daß durch die berührungslose Übertragung der Position des Schwimmkörpers auf den Magneten im Rohr keine Reibungskraft am Rohr entsteht.