DE4334663A1

DE4334663A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters und deren Temperatur unter Verwendung einer kapazitiven Meßsonde mit mengengenauer Anzeige auch bei unterschiedlichen Behälterformen

Info

Publication number: DE4334663A1
Application number: DE19934334663
Authority: DE
Inventors: Rolf Windhorst; Dirk Soelken
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-12
Filing date: 1993-10-12
Publication date: 1995-04-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters unter Verwendung eine kapazitiven Meßsonde deren mit steigender Füllhöhe zunehmende Kapazität in einer elektrischen Meßschaltung als Maß für den Füllstand ausgewertet wird.

Bekannte Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in der Zeitschrift "Industrie- Anzeiger", 11. 09. 1962, Nr. 73, Seiten 1799 bis 1801, Bild 4 sowie in der Zeitschrift "Elektro- Anzeiger", 29. 11. 1967, Nr. 22, Seiten 15-18, Bild 9 beschrieben.

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird eine kapazitive Meßsonde in den Flüssigkeitsbehälter eingeführt, welche so lang ist, daß sie die gesamte Meßstrecke vom maximalen bis zum minimalen Befüllungspunkt erfaßt. Bei Flüssigkeitsbehältern mit leitenden Behälterwänden ist die Meßsonde dabei im allgemeinen als einfacher Stab oder Draht ausgeführt. Dieser bildet die eine und die Behälterwandung die zweite Elektrode eines mit einer elektrischen Meßschaltung in Verbindung stehenden Kondensators. Bei Behältern mit nichtleitenden Behälterwänden besteht die Meßsonde dagegen aus einer inneren und einer die im Abstand umhüllenden äußeren Elektrode, welche den vorerwähnten Kondensator bilden. Für die kapazitive Füllstandmessung wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Größe der Kapazität eines Kondensators unter anderem auch von den Eigenschaften des zwischen den Elektroden des Kondensators befindlichen Dielektrikums abhängt. Bei den bekannten Meßverfahren und -vorrichtungen wird der Zwischenraum zwischen der Innen- und Außenelektrode der Meßsonde bzw. zwischen der als Stab oder Draht ausgebildeten Meßsonde und der Behälterwand beim Befüllen des Behälters durch das Füllgut ausgefüllt. Je nach Füllstand ist dabei nur der untere Teil der Elektroden oder die gesamte Meßsonde vom Füllgut umgeben. Da die Dielektrizitätskonstante des Füllgutes größer ist als die Dielektrizitätskonstante von Luft, steigt die Kapazität des Kondensators bzw. der Meßsonde mit steigender Füllhöhe an. Der Kapazitätswert bildet somit einen den Füllstand des Behälters proportionalen Wert. Jede Füllstandsänderung macht sich durch eine entsprechende Kapazitätsänderung bemerkbar, die durch die vorerwähnte Meßschaltung angezeigt wird. Von Vorteil ist bei diesen kapazitiven Meßverfahren und -vorrichtungen, daß die Meßwerte von vornherein als elektrische Meßwerte zur Verfügung stehen, so daß mögliche Verlust- und Störgrößen, wie sie beispielsweise bei der Umsetzung pneumatischer oder mechanischer Meßanzeigen in elektrische Meßgrößen immer gegeben sind, praktisch entfallen. Von besonderem Vorteil ist, daß kapazitive Meßverfahren und -vorrichtungen auch bei Behältern mit explosiblem Füllgut eingesetzt werden können, da eine Funkenbildung wegen des geringen an den Elektroden liegenden Spannung nicht auftreten kann.

Der Einsatz der bekannten kapazitiven Meßverfahren und -vorrichtungen ist in bestimmten Anwendungsfällen unzureichend, immer dann, wenn außer der Füllstandshöhe auch noch die Füllmenge, die Mediumtemperatur, auch in Bezug auf temperaturabhängige Dielektrizitätskonstante, sowie das Erkennen eines zusätzlichen unerwünschten Mediums verlangt wird.

Ausgehend von einem Verfahren sowie von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so auszugestalten, daß der Füllstand eines Flüssigkeitsbehälters, sowie die Füllmenge des Behälters unabhängig von der Dielektrizitätskonstanten der darin enthaltenen Flüssigkeit und unabhängig von der geometrischen Gestaltung des Behälters, sowie die Mediumtemperatur und das Vorhandensein eines zweiten, unerwünschten Mediums, schnell und genau sowie ohne wesentlichen Aufwand gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung einer aus einer Innenelektrode und einer diese im Abstand umhüllenden Außenelektrode bestehenden Meßsonde, deren Zwi schenraum zwischen Innen- und Außenelektrode von der im Flüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeit pegelgleichgefüllt ist, und einem in der Meßsonde integriertem Temperaturfühler sowie einer programmierbaren Meß- und Auswerteelektronik.

Im Vergleich zu herkömmlichen kapazitiven Füllstandsmeßvorrichtungen besteht der gesamte Mehraufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus dem integrierten Temperaturfühler und der entwickelten Meß- und Auswerteelektronik mit ihren frei einstellbaren Signal- und Schaltausgängen.

Als besonders interessanter Anwendungsbereich für diese Erfindung sind beispielsweise die Überwachung von Öltanks zu nennen.

Hier sind die unterschiedlichsten Bauarten bekannt, bei denen das Anzeigen der genauen Füllmenge bisher sehr schwierig war. Mit Hilfe der frei einstellbaren Schaltausgänge kann man sich beispielsweise Signale für Einkaufsspekulation oder die Mindestrestmenge geben lassen. Bei nicht frostsicheren Standorten der Tanks können durch eine frei einstellbare Temperaturgrenze bestimm te Schutzmaßnahmen eingeleitet werden, z. B. Signal-, Zirkulationspumpen- oder Tankheizungssteuerungen.

Bekanntermaßen kann es in Öltanks zu Kondensatbildung kommen oder in ungünstigen Fällen bei Undichtigkeit zu Wassereinbrüchen führen. Der am unteren Ende der Sonde entstehende Kurzschluß wird von der Elektronik sofort erkannt und gemeldet. Aufwendige Störungen und Folgeschäden können somit vermieden werden.

Bezugszeichenliste

Fig. 1
0 Luftspalt
1 Meßsonde
2 obere Außenelektrode
2a untere Außenelektrode
2b elektr. Verbindung Außenelektrode mit Meßelektronik
3 Verschraubung der Außenelektroden
4 obere Innenelektrode
4a untere Innenelektrode
4b elektr. Verbindung Innenelektrode mit Meßelektronik
5 Verbindungsstück der Innenelektroden
6 Dichtung
7 Distanzstücke
8 Temperaturfühler
8a Leitung für Temperaturfühler
9 Meßelektronik
9a Abgleichpoti
10 Verbindung zwischen Meßelektronik und Auswerteelektronik
B Behälter
M Meßmedium

Fig. 1.1
3a Verbindungshülse
3b Klemmringe
3c Überwurfmuttern

Fig. 2
10 Verbindung zwischen Meßelektronik und Auswerteelektronik
11 Auswerteelektronik
12 Stromversorgung 12 V
13 Temperaturanzeige
14 Füllstandsanzeige
15 Betriebsanzeige
16 Kurzschlußanzeige
17a Einstellpoti für Temperaturalarm
18 Anzeige für Füllstandsschaltausgänge
18a Einstellpoti für Füllstandsschaltausgänge
19 Abgleichpoti 100%
20 Rechnerelektronik
21 Impulseingang

Fig. 3
22 Impulsgeber

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters und deren Temperatur unter Verwendung einer kapazitiven Meßsonde mit Temperaturfühler, deren mit steigender Füllhöhe zunehmende bzw. abnehmende Kapazität in einer elektrischen Meßschaltung als Maß für den Füllstand ausgewertet wird und eine Rechnerelektronik, die auch bei unterschied lichen geometrischen Abmessungen eines beliebigen Behälters die korrekte Füllmenge zur Anzeige bringt, wobei eine integrierte Temperaturmessung in der Innenelektrode sowohl zur Messung der Mediumtemperatur, als auch zur Temperaturkompensation der Kapazitätsmessung dient, wobei die Meßelektronik über mindestens vier einstellbare Ausgabeschaltpunkte zur Ansteuerung von Schaltrelais für beliebige Verwendung mit Anzeige durch Leuchtmittel verfügt, sowie einer Kapazitätskurzschlußüberwachung und einer einstellbaren Temperaturgrenzmeldung mit An steuerung eines Schaltrelais besteht.

2. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters und deren Temperatur unter Verwendung einer kapazitiven Meßsonde mit Temperaturfühler, deren mit steigender Füllhöhe zunehmende bzw. abnehmende Kapazität in einer elektrischen Meßschaltung als Maß für den Füllstand ausgewertet wird und eine Rechnerelektronik, die auch bei unterschied lichen geometrischen Abmessungen eines beliebigen Behälters die korrekte Füllmenge zur An zeige bringt, wobei eine integrierte Temperaturmessung in der Innenelektrode sowohl zur Messung der Mediumtemperatur, als auch zur Temperaturkompensation der Kapazitätsmessung dient, wobei die Meßelektronik über mindestens vier einstellbare Ausgabeschaltpunkte zur Ansteuerung von Schaltrelais für beliebige Verwendung mit Anzeige durch Leuchtmittel verfügt, sowie einer Kapazitätskurzschlußüberwachung und einer einstellbaren Temperaturgrenzmeldung mit An steuerung eines Schaltrelais, sowie eines Impulseingangs, über den durch einen externen mengenproportionalen Impulsgeber (22) die Eichung der Außwerteelektronik (11) und Anpas sung der Füllstandshöhe an das entsprechende Füllvolumen bei nicht proportionaler Abhängigkeit des Volumens von der Füllstandshöhe erfolgt, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung einer aus einer geteilten Innenelektrode (4 u. 4a), verbunden durch eine Verbindungshülse (5) und einer Dichtung (6), mit einem innen liegenden Temperaturfühler (8), angeschlossen durch ein zweiadriges Kabel (8a) und einer diese im Abstand, durch flüssigkeitsdurchlässige Distanzstücke (7) gehalten, umhüllenden Außenelektrode (2 u. 2a), verbunden durch eine Verschraubung (3), bestehend aus einer Verbindungshülse (3a), zwei Klemmringe (3b) und zwei Überwurfmuttern (3c), bestehenden Meßsonde (1), angeschlossen an die Meßelektronik (9) durch die elektrischen Verbindungen (2b u. 4b), deren Zwischenraum (0) zwischen Innen- und Außenelektrode (4, 4a u. 2, 2a) pegelgleich von der im Flüssigkeitsbehälter (B) befindlichen Flüssigkeit (M) gefüllt ist, mit beliebiger Dielektrizitätskonstante, welche mit dem Abgleichpoti (9a) in der Meßelektronik (9) und dem Abgleichpoti (19) in der Auswerteelektronik (11) für die Meßauswertung eingestellt werden kann, sowie der Auswerteelektronik (11) mit dem Stromversorgungsanschluß (12), der Temperaturanzeige (13), der Pegelanzeige (14) der Betriebsanzeige (15), der Kurzschlußanzeige (16), der Temperaturalarmanzeige (17), des Einstellpotis (17a) für Temperaturalarm, der Anzeigen (18) für die Füllstandsschaltausgänge, der Einstellpotis (18a) für die Füllstandsschaltausgänge, dem Abgleichpoti (19), dem abgeschirmten fünfpoligen Verbindungskabel (10) zwischen Meßelektronik (9) und Auswerteelektronik (11), und der Rechnerelektronik (20) zur mengenproportionalen Anzeige über die Füllstandsanzeige (14) auch bei unterschiedlich geometrischen Behälterausführungen, mit dem Impulseingang (21) zum Anschluß eines externen mengenproportionalen Impulsgebers.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters, mit einer kapazitiven Meßsonde, deren mit steigender Füllhöhe zunehmen de, bzw. abnehmende Kapazität in einer elektrischen Meßschaltung als Maß für den Füllstand ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Meßsonde (1) mit einer Winkelanschlußverschraubung (21) versehen ist, die es ermöglicht, die Meßsonde (1) auch außerhalb eines beliebigen Behälters (B) anzubringen, bestehend aus einem Winkelrohrstück (21a) mit Gewinde-, Klebe-, Löt-, Schweiß- oder Quetschanschluß (21b), einem Klemmring (21c) und einer Überwurfmutter (21d).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters, mit einer kapazitiven Meßsonde, deren mit steigender Füllhöhe zunehmen de, bzw. abnehmende Kapazität in einer elektrischen Meßschaltung als Maß für den Füllstand ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde mehrfach geteilt geteilt sein kann, so daß sich durch das Anreihen von mehreren Sondenelementen eine Sondenlänge von mehreren Metern ergeben kann, die durch die elektrisch leitenden Verschraubungen (3) und die elektrisch leitenden Verbindungsstücke (5) verbunden sind.