DE3510198A1

DE3510198A1 - Verfahren zur messung eines mediumniveaus und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3510198A1
Application number: DE19853510198
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ing.(grad.) 2805 Stuhr Schittek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-21
Filing date: 1985-03-21
Publication date: 1986-09-25

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines Mediumniveaus, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 spezifiziert ist. Überdies betrifft die Erfingung Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Dieses Meßverfahren und die Einrichtungen dafür haben sich grundsätzlich als sehr zuverlässig erwie -sen. Bekannte Einrichtungen (DE-GM 73 07 484) lassen allerdings nur eine Auflösung des Niveausignals entsprechend dem Abstand der Schaltelemente zu. Deren Abmessungen erlauben keine beliebig enge Anordnung.
Außerdem führt eine Erhöhung der Schaltelemente-Anzahl zu einer starken Verteuerung, was insbesondere auf den hohen l;ontageaufwand zurückzuführen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe Niveausignal-Auflösung ermöslicht.
Durch die im Anspruch 1 angegebenen Erfindungsmerkmale wird diese Aufgabe gelöst.
Durch das/die geschlossene(n) Schaltelement(e) wird die iderstandskette in zwei Abschnitte unterteilt. An beiden Abschnitten wird der wirksame elektrische Widerstand ermittelt. In dem einen Abschnitt bleibt während der Steuerorganbewegung über eine Wegeinheit der wirksame elektrische Widerstand konstant.
Er ändert sich lediglich in den dem Schaltelemente-Abstand entsprechenden Stufen.
Beim Durchlaufen einer Wegeinheit betätigt das Steuerorgan zusätzlich eines oder mehrere Schaltelemente. Dadurch ändert sich in dem anderen Abschnitt der Widerstandskette der wirksame elektrische Widerstand. Durch Überlagerung des elektrischen Widerstandes des einen Abschnittes mit dem elektrischen Widerstand des anderen Abschnittes entsteht eine Stufung des Niveausignals innerhalb der Wegeinheit.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird folglich eine höhere Auflösung des Niveausignals erreicht als beim Stand der Technik.
Die Unteransprüche 2 bis 6 haben vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens zum Gegenstand.
Die Ansprüche 2 und 3 geben bevorzugte alternative Gestaltungen des Steuerabschnittes des Verfahrens an, während die Ansprüche 4 und 5 besonders vorteilhafte Gestaltungen des Veß- und Auswerteabschnittes des Verfahrens zum Gegenstand haben.
Bei einer Kombination der Merkmale der Ansprüche 2 und 4 wird die Widerstandskette von ihren beiden Enden aus zum Bezugspotential der Schaltelemente hin stromdurchflossen. Sobald das Steuerorgan die Hälfte einer Wegeinheit zurückgeiegt hat, betätigt es ein Schaltelement. In einem der beiden Abschnitte der Widerstandskette ändert sich der wirksame elektrische Widerstand um den Betrag eines Widerstandselementes.
Im Niveausignal tritt innerhalb der Wegeinheit eine Zwischenstufe auf.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung des Steuerabschnittes des Verfahrens gibt der Anspruch 4 an, während die Ansprüche 5 und 6 besonders vorteilhafte Konzipierungen des eß- und Auswerteabschnittes des Verfahrens beinhalten.
Die Merkmale der Ansprüche 3 und 5 haben zur Folge, daß die Widerstandskette vom einem bunde aus einerseits zum Bezugspotential der Schaltelemente hin und anderseits zum anderen Ende der Widerstandskette hin stromdurchflossen wird. Beim Durchlaufen einer Wegeinheit ändert das Steuerorgan jeweils nach einem Drittel der Wegeinheit durch Ur.schalren eines Schaltelementes den wirksamen Q ! ektrischen Widerstand der Kette. Im Niveausignal werden innerhalb der Wegeinheit zwei Zwischenstufen erreicht.
Die Ansprüche 7 und 8 haben zwei Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zum Gegenstand und geben dabei besonders vorteilhafte Ausführungen des Steuerorgans an.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele als Schemata dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine erste Einrichtung zur Messung eines Mediumniveaus und Fig. 2 eine weitere Einrichtung zur Messung eines Mediumniveaus.
In Fig. 1 ist eine dem zu überwachenden Niveaubereich angepaßte Anzahl von magnetisch betätigbaren Schaltelementen 1.1 - l.n (z.B. Reedschalter) mit einem Abstand H Ubereinander angeordnet. ?4it ihrem einen Anschlußende sind die Schaltelemente 1.1 - 1.n an ein gemeinsames Eezuaspotential 2 geführt. In einer Widerstandskette 3 sind mehrere einander gleiche elektrische Widerstandselemente 4 in Reihe geschaltet.
An die 5Xerbindungsleitllngen zweier Widerstandselemente 4 ist jeweils eines der Schaltelemente 1.1 - l.n mit seinem anderen Ende angeschlossen. Die beiden Enden der Widerstandskette 3 sind mit zwei Nonstantstromquellen 5 verbunden. Von beiden Enden der Widerstandskette 3 zweigen Meßleitungen 6,7 zu Pufferverstärkern 8 ab. Die untere Meßleitung 6 führt zu einem Dittelwertbildner 9 weiter, während die obere Meßleituna 7 zu einem Invertierglied 10 und von dort in den Mittelwertbildner 9 führt. An dessen Ausgang ist eine Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtung 11 angeschlossen.
Vorhanden ist ferner ein Steuerorgan 12 mit einem im zu überwachenden Medium befindlichen Schwimmer 13, der einen magneten 14 aufnimmt.
Die Länge des Magneten 14 ist das so gewählt, daß zwischen dem Schließen eines höhergelegenen Schaltelementes - z.B. 1.2- und dem anschließenden öffnen des darunter gelegenen Schaltelementes - z.B. 1.1 -das Steuerorgan (12) eine halbe Wegeinheit durchlaufen hat. Unter Wegeinheit ist eine Niveauänderung um ein dem Schaltelemente - Abstand H entsprechendes Maß zu verstehen.
Die Schaltelemente 1.1 - l.n sind so angeordnet, daß bei minimalem Mediumniveau das unterste Schaltelement 1.1 geschlossen ist. Nach einem Anstieg des Mediumniveaus um eine halbe Wegeinheit schließt der Magnet 14 zusätzlich zum untersten 1.1 auch das darüber liegende Schaltelement 1.2 . Beide Schaltelemente 1.10 1.2 bleiben bei weiterem ttSiveau- und damit Schvimmeranstieg geschlossen, bis nach Durchlaufen der liegeinheit der Magnet 14 das unterste Schaltelement 1.1 zur Öffnung freigibt. Bei weiterem Anstieg wiederholt sich dieser Zyklus sinngemäß mit höherliegenden Schaltelementen 1.2 - l.n.
An der unteren l-eßleitung 6 ergibt sich eine Spannung U1, die durch den elektrischen Widerstand der unterhalb des untersten geschlossenen Schaltelementes - z.B. 1.1 - gelegenen Widerstandselemente 4 bestimmt ist. Die Spannung il, steigt jeweils nach Pliveauerhöhungen um eine Wegeinheit in Sprüngen an.
Die Spannung U2, an der oberen Meßleitung 7 ergibt sich aus dem elektrischen Widerstand der über dem obersten geschlossenen Schaltelement - z.B. 1.2 - befindlichem Widerstandselemente 4. Die sich gleichfalls in Stufen ändernde Spannung U2 verhält sich umgekehrt zur Niveauänderung. Die Sprünge der Spannungen j1 und 1.2 sind dabei allerdings um einen Niveauunterschied von einer halben Wegeinheit zueinander versetzt. Im Invertierglied 10 wird die Spannung u2 in die Spannung US umgekehrt. Aus der auf. ins Positive verschobenen Spannung U3 und der Spannung Ul erzeugt der Mittelwertbildner 9 eine Signal Spannung US, die in Intervallen von 0,5 Wegeinheiten ansteigt. Das Niveausignal besitzt damit gegenüber dem Stand der Technik eine um den Faktor 2 höhere Auflösung.
In der Ausführung nach Fig. 2 sind analog Fig. 1 eine WidersSandskette 3 und eine Anzahl von Schaltelementen 1.1 - l.n vorhanden. Letztere sind mit ihrem Widerstandsfernen Anschluß über einen Schalter 15 mit dem gemeinsamen Bezugspotential 2 verbunden. Das untere Ende'der Widerstandskette 3 steht mit der Konstantstromquelle 5 und das obere Ende über einen Schalter 16 mit dem Bezugspotential 2 in Verbindung. Die von dem unteren Ende der Widerstandskette 3 abgehende Meßleitung 5 führt in den Pufferverstärker 8. Von diesem führen zwei Parallelleitungen 17,18 in zwei Halteglieder 19,20. Von ihnen ist das untere 19 mit einem Summierglied 21 verbunden. Das obere Halteglied 20 steuert eine Schwellenschalteinrichtung 22 an, von der eine Leitung 23 in das Summierglied 21 führt. An dessen Ausgang ist die Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtung 11 angeschlossen.
In beide Parallel leitungen 17,18 ist je ein Schalter 24,25 installiert. Die vier Schalter 15, 162 24, 25 werden synchron von einem Rechteckgenerator 26 gesteuert, und zwar so, daß in schnel]er Folge alternierend jeweils die beiden unteren Schalter 15,24 oder die beiden oberen Schalter 15, 25 geschlossen sind.
Das Steuerorgan 12 weist bei dieser Ausführung einen zweiten Magneten 27 auf. Der untere, der Konstantstromquelle 5 nähergelegene Magnet 14 besitzt eine solche Länge, daß er ein Schaltelement über mindestens einzweidrittel und höchstens zweieindrittel Weaeineit geschlossen hält. Der kürzere Magnet 27 ist von solcher Länge, daß er ein Schaltelement auf zweidrittel Wegeinheit geschlossen hält.
Der Abstand zwischen beiden Magneten 14, 27 ist so groß, daß nach jeweils einem Drittel Wegeinheit ein Schaltelement - z.B. 1.4, 1.5, 1.2 - betätigt wird.
Bei dieser Ausführung sind bei minimalem Mediumniveau die Schaltelemente 1.1 und 1.3 geschlossen. Bei Niveauanstieg um ein Drittel Wegeinheit schließt der untere Magnet 14 zunächst das Schaltelement 1.2 und der Magnet 27 läßt das Schaltelement 1.3 öffnen. Nach einem weiteren Drittel Wegeinheit bringt der obere magnet 27 das Schaltelement 1.4 zum Schließen. Sobald das letzte Drittel der untersten Wegeinheit vom Steuerorgan 12 zurückgelegt wurde, olbt der Magnet 14 das Schaltelement 1.1 frei.
Dieser Schaltzyklus wiederholt sich sinngemäß bei weiterem Niveauanstieg.
Sind die beiden Schalter 15, 24 geschlossen, so eraibt sich an der Meßleitung 6 die Spannung Ul.
Sie nimmt bei Niveauanstiec zu, aber wie zu Fic. 1 beschrieben, in Sprüngen. Sobald die Schalter 2, 25 schließen, wird die Spannung Ul im clteglied 19 gespeichert. Währenddessen steht an der 1meßleitung die Spannung Uo an, die während des anschließenden Öffnungsintervalles der Schalter 16, 25 im Halteglied 20 gespeichert wird. Die Spannung U4 wird bestimmt durch den elektrischen Widerstand der unterhalb des untersten geschlossenen Schaltelementes -- z.B. 1.2 - sowie der oberhalb des obersten geschossenen Schaltelementes - z.P. 1.4 - gelegenen Widerstandselemente 4. Das oberste geschlossene Schaltelement ist nach jeder drittel eaeinheit ein anderes, dadurch ändert sich der wirksame elektrische Widerstand und damit die Spannung U4 innerhalb der Wegeinheit jeweils in drei Sprüngen.
Die Spannung U4 steuert die Schwellenschalteinrichtung 22 an. An deren Ausgang steht alternativ je nach Höhe der Spannung U4 entweder keine Spannung oder aber die Spannung U5, die entweder einem oder zwei Drittel des Widerstandwertes eines Widerstandselementes 4 entspricht. In dem Summierglied 21 werden die Spannungen Ul und U5 zur Signalspannung US addiert. Die Abschnitte der Spannung U5 sind zueinander und zu den Sprüngen der Spannung Ul um ein drittel Wegeinheit versetzt. Die Signalspannung US steigt daher nach jeweils einem Drittel Wegeinheit an. Das Niveausignal besitzt damit gegenüber dem Stand der Technik eine um den Faktor 3 höhere Auflösung.
Die Anzahl und die Reihenfolge der innerhalb einer Wegeinheit betätigten Schaltelemente 1.1-l.n kann durchaus von der vorstehend aufgezeigten abweichen.
Die Niveausignal-Auflösung kann im Rahmen der Erfindung durch zusätzliche Magnete und/oder andere Nagnetbemessung bzw.-Anordnung erhöht werden.
Zu diesem Zweck können auch zwischen den Schaltelementen 1.1 - l.n und der Widerstandskette 3 bzw.
dem Rezugspotential 2 zusätzliche Widerstände angeordnet werden.
Bezugszeichenliste 1.1 - 1.n Schaltelement 2 Bezugspotential 3 Widerstandskette 4 Widerstandselement 5 Konstantstromquelle 6,7 Meßleitungen 8 Pufferverstärker 9 Mittelwertbildner 10 Invertierglied 11 Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtg 12 Steuerorgan 13 Schwimmer 14 Magnet 15,16 Schalter 17,18 Parallel leitungen 19,20, Halteglied 21 Summierglied 22 Schwellenschalteinrichtung 23 Leitung 24,25 Schalter 26 Rechteckgenerator 27 Magnet H Schaltelemente-Abstand N Mediumniveau - - U5 Spannungen US Signalspannung - Leerseite -

Claims

Verfahren ur Messung eines .ediumniveaus und Einrichtung zur Durchführung niets Verfahrens = = Patentansprüche 1) Verfahren zur Messung eines Mediumniveaus, bei dem - in einer Widerstandskette mehrere elektrische Widerstandselemente in Reihe miteinander verbunden sind, eine Anzahl elektrischer Schaltelemente mit Abstand zueinander angeordnet ist, - jedes der Schaltelemente mit seinem einen Anschluß an die Verbindungsleitung von jeweils zwei Widerstandselementen angeschlossen ist, während alle SchaltelemenCe an ihrem anderen, widerstandsfernen Anschluß miteinander verbunden sind, - ein Steuerorgan die Schaltelemente in Abhängigkeit vom Mediumniveau betätigt und - der elektrische Widerstand der Widerstandskette ermittelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß - das Steuerorgan (12) beim Durchlaufen einer dem Abstandsmaß (H) zweier Schaltelemente (1) entsprechenden einheit nach einem bestimmten Teilabschnitt dieser Wegeinheit mindestens ein zweites Schaltelement (1) hetätigt, - die unterhalb des unteren und oberhalb des oberen geschlossenen Schaltelementes (1) wirksamen Widerstandswerte ermittelt werden und aus diesen Widerstandswerten ein Niveausignal gebildet wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Steuerorgan (12) beim Durchlaufen der Wegeinheit ein erstes Schaltelement (1) über die gesamte Wegeinheit schließt und ein zweites SchaCte)nrrent (1) nach der Hälfte der Wegeinheit Wetotint
3) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k -e n n z e i c h n e t, daß das Steuerorgan (12) beim Durchlaufen der Wegeinheit drei -serschiedene Schaltelemente (1) betätigt, wobei nach jeweils einem Drittel der Wegeinheit eine Betätigung erfolgte
4) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e tS daß - die widerstandsfernen Anschlüsse der Schaltelemente (1) an ein Bezugspotential (2) geführt sind, die Widerstandskette (3) an ihren beiden Enden mit konstantem Strom (5) gespeist wird, - an beiden Enden der Widerstandskette (3) die auftretenden Spannungen (U1, U2) gemessen werden, - eine dieser beiden Spannungen (U2) invertiert wird (U3) und anschließend - als Niveausignal aus der invertierten und der nichtinvertierten Spannung (U3, U1) der Mittelwert (US) aebildet wird.
5) Verfahren nach einem oder mehreren der orhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß - die widerstandsfernen Anschlüsse der Schaltelemente (1) und ein erstes Ende der Widerstandskette (3) an Bezugspotentiale (2) geführt sind, - die Widerstandskette (3) an ihrem zweiten Ende mit einem konstantem Strom (5) gespeist wird, - die zwischen beiden Enden der Widerstandskette (3) auftretende Spannung (U4) gemessen und als Steuersignal an eine Schwellenschalteinrichtung (23) gegeben wird, - die Schwellenschalteinrichtung (23) je nach Schaltzustand eine Ausgangsspannung (U5) der Große Null oder einer Größe, die einem Teilbetrag eines Widerstandselementes (4) der Widerstandskette (3) entspricht, liefert und - die zwischen dem zweiten Ende der Widerstandskette (3) und dem ezuspotential (2) der Schaltelemente (1) auftretende SpannnC (u1) gemessen und mit der Ausgangsspannuno (½5) der Schwellenschalteinrichtung (23) zu einem Niveausignal addiert wird.
6) Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Spannungsmessungen an der Widerstandskette (3) alternierend erfolgen und die Meßwerte vorübergehend in Haltegliedern (20,21) gespeichert werden.
7) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Widerstandskette aus mehreren in Reihe geschalteten, elektrischen Widerstanselementen, - einer Anzahl mit Abstand zueinander angeordneter, magnetisch betätigbarer Schaltelemente, die mit ihrem einen Ende jeweils an die Verbindungsleitung zweier Widerstandselemente und mit ihrem anderen Ende an ein gemeinsames Bezugspotential angeschlossen sind, - einem Steuerorgan mit einem die Schaltelemente in Abhänsigkeit vom Mediumniveau hetätigenden Magneten und - einer Einrichtung zur messung und Auswertung der wirksamen Widerstände der Widerstandskette, a, e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine solche Länge des Magneten (14), daß zwischen der Betätigung eines ersten Schaltelementes (l.n) und der gegensinnigen Betätigung eines zweiten Schaltelementes (l.n) das Steuerorgan (12) eine halbe Wegeinheit durchläuft.
8) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit - einer Widerstandskette aus mehreren in Reihe qeschalteten, elektrischen Widerstandselementen, - einer Anzahl mit Abstand zueinander anqeordneter, magnetisch betätigbarer Schaltelemente, die mit ihrem einen Ende jeweils an die Verbindungsleitung zweier Widerstandselemente und mit .l--eb anderen Ende an ein gemeinsames Bezugspotentia angeschlossen sind, - einem Steuerorgan mit einer die Schaltelemente in Abhängigkeit vom Mediumniveau betätigenden Magneteinheit und - einer Einrichtung zur Messung und Auswertung der wirksamen Widerstände der Widerstandskette, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Magneteinheit zwei mit Abstand zueinander angeordnete, unterschiedlich lange Magnete (14,28) aufweist, der längere Magnet (14) einer Stromquelle (5) der Widerstandskette (3) zugewandt ist und eine solche Länge aufweist, daß er ein Schaltelement (l.n) auf mindestens einzweidrittel Wegeinheiten und maximal auf zweieindrittel Wegeinheiten geschlossen hält, - der kürzere Magnet (28) eine solche Länge hat, daß er ein Schaltelement (1.n) auf zweidrittel :!egeinheit geschlossen hält, - der Abstand beider Magneten (14,28) so groß ist, daß nach jeweils einem Drittel einheit ei.n Schaltelement (l.n) betätigt wird.