DE3943657C2

DE3943657C2 - Liquid level detector for use in containers

Info

Publication number: DE3943657C2
Application number: DE19893943657
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr Rer Nat Hiss
Original assignee: Hiss Eckart
Current assignee: EGE-ELEKTRONIK GMBH, 24214 GETTORF, DE
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2009-10-18

Abstract

The liquid level sensor for containers comprises a metal sensor rod protruding into the liquid and a float body guided by the rod. The float contains an actuation element for float level detectors inside the rod.Oscillation circuit coils (4) are arranged inside the rod (1) and along its longitudinal axis. The actuation element (5) consists of a weak ferromagnetic or non-ferromagnetic metal ring

Description

Die Erfindung betrifft einen Eintauchsensor zur Erfassung der Eintauchtiefe in metallische Bohrungen oder Umgebungen. Er besteht aus einem in diese metallische Umgebung hineinragen den metallischen Sensorstab. Innerhalb des Sensor stabes sind Detektoren in der Weise angeordnet, daß diese die Eintauchtiefe des Sensorstabes in die metallische Umgebung signalisieren.The invention relates to an immersion sensor to record the immersion depth in metallic holes or surroundings. It consists of protrude into this metallic environment the metallic sensor rod. Inside the sensor rod detectors are arranged in such a way that this is the immersion depth of the sensor rod signal into the metallic environment.

Im Bereich der Flüssigkeitsmessung werden solche Eintauchsensoren auch als Füllstandssensoren be zeichnet. Diese Füllstandssensoren sind in vielen Anwendungen bekannt.In the field of liquid measurement, such Immersion sensors can also be used as level sensors draws. There are many of these level sensors Applications known.

Aus der Schrift GB 2019003 A ist ein Eintauchsensor zur Erfassung der Eintauchtiefe in metallische Umgebungen bekannt, welcher eine Schwingkreisspule aufweist, die als Detektor für das Vorhandensein einer metallischen Umgebung oder einer metallischen Annäherung wirkt. Die Amplitude der Schwingung bestimmt die Eintauchtiefe des Eintauchsensors. Diese Schrift gibt jedoch keine Lösungsansätze dafür, in welcher Weise die Schwingkreis spule in ein insbesondere metallisches Gehäuse einzu bringen ist. In der Schrift DE 86 26 017 U1 wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Schwingkreisspule in einem Edelstahlrohr angeordnet ist, das im Bereich des Feldaustrittes der Schwingkreisspule durch eine nicht metallische, vorne abschließende Kappe abgedichtet ist.GB 2019003 A is an immersion sensor for Detection of immersion depth in metallic surroundings known, which has a voice coil, the as a detector for the presence of a metallic Environment or a metallic approach. The amplitude of the vibration determines the immersion depth of the immersion sensor. However, this scripture does not exist Solutions for how the resonant circuit coil in a particularly metallic housing bring is. In the document DE 86 26 017 U1 this is Problem solved in that the voice coil in a stainless steel tube is arranged in the area of Field exit of the voice coil by not metallic, front cap is sealed.

Eine häufig verwendete Anordnung besteht darin, daß innerhalb eines Metallrohres entlang seiner Innenlängsachse magnetisch empfindliche Reed kontakte mit Widerstandsbeschaltungen angeordnet sind. Diese Reedkontakte werden äußerlich von einem Schwimmkörper umfaßt, der seinerseits Permanentsmagnete enthält. Je nach Schwimmhöhe betätigt daher der Magnet einen entsprechenden Magnetkontakt. Mit Hilfe von Brückenschaltungen ist es dann möglich, eine der Schwimmhöhe analoge Spannung von dem Sensor abzuleiten. Diese Technik wird z. B. in der US 3200645 beschrieben. A commonly used arrangement is that inside a metal tube along its Inner longitudinal axis magnetically sensitive reed contacts arranged with resistor circuits are. These reed contacts are externally from a floating body, which in turn Contains permanent magnets. Depending on the swimming height therefore the magnet actuates a corresponding one Magnetic contact. With the help of bridge circuits it is then possible to use a swimming height analog Derive voltage from the sensor. This technique z. B. described in US 3200645.

Schwierigkeiten bei solchen Systemen entstehen dann, wenn es nicht zulässig ist, magnetische Permanentmagnete zu verwenden, wenn große Schock- Belastungen die Magnetschalter innerhalb des Sensorstabes selbsttätig betätigen oder wenn der Luftspalt zwischen dem Schwimmkörper und dem Sensorstab groß gewählt werden muß, um groben Verschmutzungen entgegenzuwirken. In solchen Fällen reicht das Magnetfeld der Stabmag nete in der Regel nicht mehr aus, um die Magnet kontakte zu betätigen oder es muß ein aufwendiger permanentmagnetischer Kreis innerhalb des Schwimm körpers aufgebaut werden.Difficulties arise with such systems if it is not permitted, magnetic Use permanent magnets when large shock Loads the magnetic switches within the Actuate sensor rod automatically or if the air gap between the float and the sensor rod must be chosen to be large counteract coarse soiling. In in such cases the magnetic field of the Stabmag is sufficient nete usually no longer out to the magnet to operate contacts or it must be a complex permanent magnetic circuit within the swimming be built up body.

In der Schrift DE 36 27 499 A1 wird ein Füllstands sensor beschrieben, bei welchem ein als Schwimm körper ausgebildetes Betätigungselement die Induktivität einer innerhalb des Meßstabes ange ordneten Induktivität in Abhängigkeit vom Füllstand kontinuierlich ändert.In the document DE 36 27 499 A1 a fill level sensor described, in which one as swimming body-shaped actuator the Inductance of a within the dipstick ordered inductance depending on the level changes continuously.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß der Sensor stab nicht metallisch ist und auch der Schwimm körper nicht aus einem geschlossenen Metallkörper gefertigt werden kann.The disadvantage of this solution is that the sensor rod is not metallic and so is the floating body not from a closed metal body can be manufactured.

In der Schrift DE-GM 72 08 187 ist ein Füllstands sensor beschrieben, der ein Betätigungselement auf weist, das als Kurzschlußring einer transformato rischen Kopplung zwischen Primär- und Sekundär wicklung eines Transformators wirkt. Auch diese Lösung verbietet die Anwendung eines metallisch geschlossenen Sensorstabes. In the document DE-GM 72 08 187 is a level Sensor described that an actuator points that as a short circuit ring of a transformato coupling between primary and secondary winding of a transformer works. This too Solution prohibits the use of a metallic closed sensor rod.

Während solche Füllstandssensoren in der Regel mit einem Schwimmkörper betrieben werden, der das Betätigungselememt für die Füllstandshöhe ist, wird der Eintauchsensor ohne einen solchen Schwimmkörper betrieben.While such level sensors usually be operated with a float that the actuating element for the fill level the immersion sensor is without one Float operated.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensorstab zu entwerfen, der in der Lage ist, beim Eintauchen in eine metallische Bohrung oder in eine metalli sche Umgebung oder bei Annäherung an eine solche Umgebung, seine Eintauchtiefe in ein elektrisches Signal zu wandeln.The object of the invention is a sensor rod design that is capable of immersing in a metallic hole or in a metallic environment or when approaching one Environment, its immersion in an electric Signal to convert.

Die gestellte Aufgabe wird in überraschend ein facher Weise dadurch gelöst, daß eine übliche Oszillatorspule innerhalb eines Edelstahlrohres so betrieben wird, daß die Schwingungen eines aus dieser Spule und einem Verstärker bestehenden Oszillators gerade, aber sicher aussetzen. Wird jetzt von außen ein Edelstahlzylinder, der die metallische Bohrung simuliert, von außen her über das Rohr geschoben, wobei ein Luftspalt bis zu 50% des Rohrdurchmessers zulässig ist, so setzt die Schwingung des Oszillators wieder sicher ein, sobald der Zylinder sich über der Oszillator spule befindet. Durch Anordnung mehrerer solcher Oszillatorspulen übereinander und die periodische Zusammenschaltung der einzelnen Spulen mit einem Operationsverstärker gerät immer gerade dann die betreffende Spule in Schwingungen, die über den ringförmigen Querschnitt des Edelstahlzylinders geschoben ist. Auf diese Weise kann man bei entsprechender Verfeinerung der Spulendichte die Eintauchtiefe des Sensorstabes genau be stimmen. Befindet sich das Ende des äußerlich übergeschobenen Metallzylinders gerade zwischen zwei Spulen so kann man dessen Position durch Interpolation dieser beiden Spulenspannungen hinreichend genau bestimmen.The task posed is surprisingly one solved in a way that a usual Oscillator coil inside a stainless steel tube is operated so that the vibrations one out this coil and an existing amplifier Expose oscillators straight, but safely. Becomes now a stainless steel cylinder from the outside that holds the metallic drilling simulated from the outside pushed over the tube, leaving an air gap up is permissible to 50% of the pipe diameter, so resets the oscillation of the oscillator a once the cylinder is over the oscillator coil is located. By arranging several such Oscillator coils one above the other and the periodic Interconnection of the individual coils with one Operational amplifiers always come just then concerned coil in vibrations that over the annular cross section of the stainless steel cylinder is pushed. This way you can at corresponding refinement of the coil density exactly the immersion depth of the sensor rod vote. Is the end of the outside metal cylinder pushed straight between two coils so you can see its position through Interpolation of these two coil voltages determine with sufficient accuracy.

Durch eine leichte Modifikation dieser Anordnung ist es auch möglich, den Eintauchsensor so umzu dimensionieren, daß er auch als selektiver Sensor zur Unterscheidung von ferromagnetischem und nicht ferromagnetischem Material verwendet werden kann. In diesem Fall wird nur eine Sensorspule verwendet, die in einem geschlossenen Edelstahlgehäuse (1) eingebracht ist. Durch Annäherung an die Stirn seite dieses Gehäuses (2) einer nicht ferromag netischen, metallischen Scheibe setzt die Schwin gung des Oszillators ein. Der Oszillatorverstärker kann innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet sein (12). Der verbleibende Raum ist mit Gießharz auf gefüllt. Ist der Unterscheidung zwischen ferro magnetischem und nicht ferromagnetischem Material erwünscht und soll überwiegend ferromagnetisches Material positiv erfaßt werden, so wird der Oszillator der Schwingkreisspule (4) so abge glichen, daß die Schwingung gerade eingesetzt hat. Nähert sich dann ein ferromagnetisches Material (11), so setzt die Schwingung wieder aus. Diese Oszillatorbetriebsart setzt jedoch eine verhält nismäßig tiefe Frequenz des Oszillators voraus, um die Edelstahlwandungen möglichst verlustfrei zu durchdringen. In dem dargestellten Anwendungs beispiel werden Frequenzen zwischen 10 und 20 kHz verwendet. Die weitere Ausbildung der Erfindung ist in den Patentansprüchen und in dem Ausführungs beispiel dargestellt.A slight modification of this arrangement also makes it possible to re-dimension the immersion sensor so that it can also be used as a selective sensor for distinguishing between ferromagnetic and non-ferromagnetic material. In this case, only one sensor coil is used, which is inserted in a closed stainless steel housing ( 1 ). By approaching the end face of this housing ( 2 ) of a non-ferromagnetic metallic disc, the oscillation of the oscillator begins. The oscillator amplifier can be arranged inside the sensor housing ( 12 ). The remaining space is filled with resin. If the distinction between ferromagnetic and non-ferromagnetic material is desired and predominantly ferromagnetic material is to be detected positively, the oscillator of the oscillating circuit coil ( 4 ) is compared so that the vibration has just started. If a ferromagnetic material ( 11 ) then approaches, the vibration stops again. However, this oscillator operating mode requires a relatively low frequency of the oscillator in order to penetrate the stainless steel walls with as little loss as possible. In the application example shown frequencies between 10 and 20 kHz are used. The further development of the invention is shown in the claims and in the embodiment example.

Immersion sensor

Innerhalb eines Edelstahlrohres (1), das stirn seitig (2) geschlossen ist, ist ein Spulenkörper (4) angeordnet, der übereinander geordnete Spulen (4) aufweist. Der Sensorstab ist durch ein Gehäuse (6) abgeschlossen, welches die auswertende Elektronik aufnimmt. Ein Edelstahlring (5), der nur schematisch einen Teil der metallischen Bohrung darstellt, in die der Sensorstab (1) ein taucht und der auch als nicht ferromagnetischer Metallring ausgebildet sein kann, z. B. Kupfer oder Titan, wirkt als äußerliches Betätigungs element. In Abb. 2 ist die schematische elektro nische Auswertung dargestellt. Die verschiedenen Schwingkreisspulen (4) werden über einen Schalter (7) auf einen Oszillatorverstärker (8) geschaltet. Ein Wandler (9), der den Schalter ansteuert, liefert eine der Schalterstellung entsprechende analoge Ausgangsspannung. Eine Modifikation dieser Anordnung ist in Abb. 3 dargestellt. Innerhalb eines Edelstahlgehäuses, welches auch aus einem nicht ferromagnetischen, metallischen Material gefertigt sein kann, wobei ein geringfügiger Rest magnetismus, wie er zum Beispiel bei aus tenitischen Stählen vorhanden ist, als nicht ferromagnetisch gewertet ist, und welches stirn seitig (2) gerade dort, wo die Sensorspule (4) angeordnet ist, als metallisches Gehäuse ge schlossen ist, ist Sensorspule (4) und zugehöriger Verstärker mit elektronischer Auswertung angeord net. Die Annäherung metallischer Teile (11) erfolgt auf die Stirnfläche (2) dieses Gehäuses hin. Je nach den ferromagnetischen Eigenschaften des sich annähernden Materials (11) wird die Amplitude des Oszillators unterstützt oder ge dämpft. Mit Hilfe einer Amplituden- und Phasen differenzierungsschaltung ist es dann einfach möglich, mit einem Sensor Metalle unterschied licher ferromagnetischer Eigenschaften zu selektieren.Within a stainless steel tube (1), the end face (2) is closed, a coil body (4) is arranged which has one above the other parent coils (4). The sensor rod is closed off by a housing ( 6 ) which houses the evaluating electronics. A stainless steel ring ( 5 ), which only schematically represents a part of the metallic bore into which the sensor rod ( 1 ) dips and which can also be designed as a non-ferromagnetic metal ring, for. B. copper or titanium, acts as an external actuating element. Fig. 2 shows the schematic electronic evaluation. The various resonant circuit coils ( 4 ) are switched to an oscillator amplifier ( 8 ) via a switch ( 7 ). A converter ( 9 ), which controls the switch, supplies an analog output voltage corresponding to the switch position. A modification of this arrangement is shown in Fig. 3. Within a stainless steel housing, which can also be made of a non-ferromagnetic, metallic material, with a slight residual magnetism, such as is present, for example, in tenitic steels, which is rated as non-ferromagnetic, and which face ( 2 ) there, where the sensor coil ( 4 ) is arranged, is closed as a metallic housing, the sensor coil ( 4 ) and associated amplifier with electronic evaluation is net angeord. The approach of metallic parts ( 11 ) takes place on the end face ( 2 ) of this housing. Depending on the ferromagnetic properties of the approaching material ( 11 ), the amplitude of the oscillator is supported or damped. With the help of an amplitude and phase differentiation circuit, it is then easily possible to select metals with different ferromagnetic properties with a sensor.

Claims

1. Immersion sensor for recording the immersion depth in metallic holes or environments, that of a stainless steel tube with one facing the metallic bore or environment Metallic closed end, which is at least one inside the stainless steel tube along its Voice coil arranged on the longitudinal axis points that as a detector for immersion in the metallic hole or environment, with the voice coil on an oscillator amplifier is connected and each with a voice coil and the oscillator amplifier formed only vibrates or breaks the vibration, if the immersion sensor in the metallic hole or environment immersed, and being from the amplitude of the oscillator the immersion depth is determined.

2. immersion sensor according to claim 1, characterized in that the metallic bore made of stainless steel consists.

3. Immersion sensor according to claim 1 or 2, characterized characterized in that for the generation of a the immersion depth proportional electrical Tension several, one above the other Voice coil coils are used, their oscillators connected to a digital-to-analog converter are.

4. immersion sensor according to one of claims 1-3, characterized in that the oscillator frequency within the range of 10-20 kHz lies.

5. immersion sensor according to one of claims 1-4, characterized in that the resonant circuit coil inside the stainless steel tube as Resonant circuit half-bridge are connected.

6. immersion sensor according to one of claims 1-5, characterized in that within a or several voice circuit coils a ferrite core is arranged.

7. Immersion sensor according to claims 1-6, characterized characterized in that the oscillator amplifier with electronic Evaluation within the Stainless steel tube is arranged in the too the voice circuit coils are inserted.

8. immersion sensor, according to claims 1-7, characterized characterized in that the oscillator amplitude when approaching a ferromagnetic surface area weakened or approaching a metallic, non-ferromagnetic Surface is reinforced.