DE3431741A1

DE3431741A1 - Vorrichtung zur messung des fuellstandes von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3431741A1
Application number: DE19843431741
Authority: DE
Inventors: Josef 8620 Lichtenfels Dünstl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-08-29
Filing date: 1984-08-29
Publication date: 1986-03-13

Description

Vorrichtung zur Messung des Füllstandes von Flüssig-
keiten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Füllstandes von Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Zur Füllstandsmessung bei Flüssigkeiten können Geräte, die nach dem Ultraschallecholotprinzip arbeiten, eingesetzt werden. Ein Sensor im Behälterboden sendet Ultraschallimpulse aus. Das Echo von der Flüssigkeitsoberfläche wird vom Sensor wieder aufgenommen. Der Füllstand ist proportional zur Schallaufzeit. Der Ultraschallsensor ist im Behälterboden eingebaut, z.B. mit einer Gewindeverschraubung. In vielen Fällen ist aber ein Sensoreinbau, der z.B. eine Befestigungsöffnung im Tankboden oder einen anderweitigen Einbau im Tank erfordert, unzweckmäßig, z.B. bei Druckbehältern für Flüssiggase oder aggressiven Flüssigkeiten. Bei Behältern für Lebensmittel und Getränke treten vor allem Reinigungsprobleme auf. Vielfach dürfen auch Behälter aus Sicherheitsgründen keine Öffnungen im Boden haben.
Aus den Ausführungen in Bergmann "Der Ultraschall" Hirzel Verlag, Stuttgart, 1954, Seite 697 und "Erdöl und Kohle", Band 6, 1953, Seite 554 und 555, sind Einrichtungen zur Füllstandsmessung nach dem Ultraschallecholotprinzip für geschlossene Eisenbehälter bekannt, mit außen am Boden angebrachtem Sensor.
Die bekannten Vorrichtungen erfordern zusätzliche Einbauten und es ergeben sich Probleme bei der Reinigung.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Messung des Flüssigkeitsstandes in Behältern, insbesondere in Flüssiggastanks, z.B. für Kraftfahrzeugeinsatz zu vereinfachen und zu verbessern. Es soll hierdurch insbesondere die störanfällige mechanische Füllstandsanzeige ersetzt werden.
Durch die elektronische Auswertung wird eine Feinanzeige erleichtert.
Die Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Auslegung der Schicht zwischen aktiver Sensorfläche und der Flüssigkeit als 2t/4-Schicht bei Betriebsfrequenz ist es möglich, den Behälterboden mit minimalem Energieverlust zu durchstrahlen. Der Sensor ist so ausgelegt, daß die höchste Empfindlichkeit in den Bereich der gewählten Betriebsfrequenz fällt.
Möglichst gleiche Schallgeschwindigkeiten im Sensormaterial und im Behälterboden sind vorteilhaft. Dies kann durch Verwendung eines Kunststoffbehälters gekoppelt mit einem Kunststoffsensor bzw. eines Metallbehälters zusammen mit einem Metallsensor erreicht werden.
Um eine flächige Verkopplung zu erreichen ist entweder der Behälterboden oder die aktive Sensorfläche so auszubilden z.B. durch Schleifen, daß sie vollständig aneinander anliegen. Bei liegenden Tanks ist die Bodenfläche meist zylindrisch geformt. In diesem Fall ist die aktive Sensorfläche mit einer zylindrischen Wölbung zu versehen, mit einem dem Behälterboden entsprechenden Radius. Bei stehenden Flüssiggastanks z.B. ist die Oberfläche als Kalotte ausgebildet. Die Sensorfläche ist in diesem Fall mit einer Kalottenwölbung auszustatten, passend zum Flüssiggasbehälter.
Das Verbundsystem Sensor-Behälterboden soll bei sehr guter Ankopplung des Sensors mit der Betreibsfrequenz des Verbundes, die von der Betriebsfrequenz des Sensors abweichen kann, betrieben werden. Eine gute Ankopplung des Sensors an den Behälterboden kann z.B. durch Klebung erreicht werden. Geeignete Medien zum Ankoppeln der aktiven Sensorfläche an den Behälterboden (Koppelmedien) sind z.B.
Silikonfett, Wärmeleitpaste oder Kleber wie Sekundenkleber, und vor allem Epoxidharzkleber.
Die Ankopplung eines planen Sensors an eine nicht ebene Fläche ist möglich, wenn ein der Sensorfläche in der Größe entsprechendes Teilstück des Behälterbodens durch Bearbeiten, z.B. Schleifen, plan geformt wird.
Für die Befestigung des Sensors am Behälterboden sind veschiedene Möglichkeen geeignet, beispielsweise ein Spannband, ein Magnethalter, ein Federandruckgehäuse für Sensoren, ein Flansch oder ein Flansch mit Gewindeüberwurfmutter oder auch mehrere der angeführten Elemente. Vielfach erfolgt die Befestigung auch durch Klebung.
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
FIG 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem ebenen Behälterboden 1, der gegebenenfalls noch plangeschliffen werden kann. Der ebene Behälterboden des mit Flüssigkeit 3 gefüllten Behälters 4 ist mittels Silikon fett als Koppelmedium 2 mit der aktiven Fläche des Ultraschallsensorkopfes 5 verkoppelt.
Eine Ausführung mit Ankopplung an einen Stahlbehälter mit beliebiger Wölbung, z.B einem zylindrischen Flüssiggastank, zeigt FIG 2. Die aktive Fläche 7 des Stahlsensors 8 ist so ausgebildet, daß sie vollständig am Behälterboden 9 anliegt. Zur Anpassung an das Behälterprofil ist deshalb die aktive Fläche 7 mit einer zylindrischen Wölbung versehen, mit einem dem Behälterboden entsprechenden Radius.
Mit 10 ist das Koppelmedium, ein Epoxidharzkleber bezeichnet.
FIG 3 veranschaulicht eine Ankopplung an einem beliebigen Behälter, z.B. einen zylindrischen Tank durch Herstellen einer planen Ankoppelfläche. Die am Boden des Behälters 11 durch Abschleifen erhaltene plane Fläche 12 ist mittels eines Epoxidharzklebers als Koppelmedium 13 mit der aktiven Fläche des Sensors 14 verbunden. Ein Spannband 15 dient der Befestigung des Sensors am Behälterboden.
Die Figuren 4 und 5 zeigen geeignete Ausführungsformen für die Befestigung des Sensors am Behälterboden. An dem Behälter, der jeweils mit 16 bezeichnet ist, ist mittels eines Koppelmediums 17 die aktive Fläche eines Sensors angekoppelt. Die Befestigung des Sensors 18 erfolgt gemäß der Ausführung nach FIG 4 mit einer Magnethalterung 19 und einer Feder 20. Bei einer Ausführung gemäß FIG 5 wird die Befestigung mit einem angeschweißten Flansch 21 erreicht, der mit einem Gewinde versehen ist.
Vorrichtungen gemäß der Erfindung eignen sich besonders zum Messen des Füllstandes in Flüssiggasdrucktanks, in Behältern für chemische Flüssigkeiten bzw. in der Getränkeindustrie etc.
5 Patentansprüche 5 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche 1.)Vorrichtung zur Messung des Füllstandes von Flüssigkeiten in einem Behälter mittels eines außen angebrachten Ultraschallsensors, wobei aus der Laufzeit eines Ultraschallsignals vom Sensor zur Flüssigkeitsoberfläche und zurück die Füllstandshöhe des Tankinhalts ermittelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ultraschallsensor (5, 8, 14, 18) der flächig über ein Medium (2, 10, 13, 17) mit dem Behälterboden (1, 9, 12) verkoppelt ist in der Betriebsfrequenz so ausgelegt ist, daß die akustische Weglänge der Schicht zwischen aktiver Sensorfläche (7) und der Flüssigkeit (3) einer Strecke /4 entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Medium (10) ein Epoxidharzkleber ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß ein Sensor mit einer aktiven, dem Behälterbodenprofil angepaßten Fläche (7) über ein Koppelelement (2, 10) außen am Behälterboden (1) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß eine plane Sensorfläche (14) an einer plan geschliffenen Fläche (12) des Behälterbodens (1) angekoppelt ist.
5. Vorrichtung nach den vorangegangenen Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Behälterboden (1) und die aktive Fläche (7) des Sensors (5, 8, 14) aus einem Material mit annähernd gleicher Schallgeschwindigkeit bestehen.