-
Verfahren zum Messen des Inhalts von geschlossenen Behältern Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Messen des Inhalts von geschlossenen Behältern auf Grund
Ider Eigenfrequenz des im Leerraum des Behälters und einem Ansatzstutzen desselben
in Schwingung versetzten Luftvolumens.
-
Bei einem bekannten Verfahren, das zur Eichung der Kompressionsräume
von Verbrennungsmotoren verwendet wird, ist neben dem zu messenden Zylinder ein
Vergleichsmeßzylinder vorgesehen. Beide Zylinder sind über ein kurzes Ansatzrohr
mit je einer Pfeife versehen, die beim Schwingen der in den Hohlräumen eingeschlossenen
Luftmassen ertönen. Durch Ineinklangbringen beider Tonhöhen, die sich durch entsprechende
Regulierung des Vergleichsmeßzylinders erreichen läßt, kann man das Volumen des
zu messenden Zylinders feststellen. Dieses Meßverfahren ist im allgemeinen nur für
kleine Hohlräume anwendbar und eignet sich nicht für -alle Verwendungszwecke, da
es verhältnismäßig umständlich ist.
-
Die Erfindung zeigt ein Verfahren, das keinen Vergleichsmeßzylinder
benötigt und bei dem die dem gesuchten Volumen entsprechend Eigenfrequenz sogleich
an einem Anzeigeinstrument abgelesen werden kann.
-
Sie erreicht dies dadurch, daß das Luftvolumen iiber ein von ihm beeinflußtes,
praktiscil masse- und federloses Steuerorgan und einen Verstärker mit der die Scha-ingungen
erzeugenden Israftquelle rückgekoppelt ist and die Frequenz der sich hierbei einstellenden
Eigenschwingung mit einem Frequenzmesser gemessen wird. Ein solches Verfahren eignet
sich insbesondere zur Messung des Kraftstoffvorrates von Behältern.
-
Die grundsätzliche Wirkungsweise der Erfindung ist in der Abb. 3
dargestellt. Die zu messende Substanz 3 befindet sich in dem Behälter I. Dem jiher
der Substanz verbleibenden Luftvolumen 2 werden mittels eines Kolbens 5 und eines
Antriebsmotors 7 mit Hilfe der Exzenterscheibe 6 Drnckschwankungen überlagert, die
in dem angeschlossenen Rohransatz
4 Luftbewegungen wechselnder
Geschwindigkeit und Richtung hervorrufen. Eefindet sich in dem Rohr ein auf Änderungen
der Luftströmungsrichtung ansprechendes Steuerorgan, das etwa nach Art einer Rückkopplung
auf den Antrieb und damit die--Erzeugung der Druckschwankungen zurückwirkt, so stellt
sich das System selbsttätig auf seine Eigenfrequenz ein. Wie leicht einzusehen ist,
ist die sich einstellende Eigenfrequenz von dem Luftvolumen 2 und damit -von der
Menge der eingefüllten Substanz 3 abhängig. Die gemessene Eigenfrequenz gibt also
ein Maß für die Füllung des Behälters @ ab. Das Steuerorgan ist als Fahne 9 ausgebildet,
welche einen Wechselkontakt betätigt. Die Stromstöße dieses Wechselkontaktes werden
gemäß der Abb. 3 über einen Verstärker 8 dem Antriebsmotor 7 zugeführt und steuern
somit die Erzeugung der Druckschwankungen. Die Eigenfrequenz kann mittels eines
Frequenzmessers 10 abgelesen werden. Zweckmäßigerweise wird der Frequenzmesser in
Liter geeicht. Eine derartige Eichung ist ohne weiteres möglich, da der Inhalt aus
der sich einstellenden Resonanzfrequenz, von einigen Korrekturgliedern abgesehen,
gemäß der Formel
errechnet werden kann. Es bedeuten @ das Luftvolumen 2 im Behälter, l die länge
des Rohransatzes 4, F die Querschnittsfläche des Rohres und c die Schallgeschwindigkeit
in Luft. Sämtliche Größen sind vom Luftdruck unabhängig. Da auch die Luftdichte
selbst in der Formel nicht erscheint, ist die Anzeige auch unabhängig von Luftdruckschwankungen.
-
Die Anordnung nach Abb. 3 würde elektrisch einem selbsterregten Röhrensender
entsprechen, dessen Anodenkreis induktiv auf das Steuergitter rückgekoppelt ist.
Dabei würde die Luftsäule im Rohr 4 der Selbstinduktionsspule tind das Luftvolumen
des Behälters dem Kondensator entsprechen.
-
Die Steuerung des Antriebsmotors zur Erzeugung der Druckschwankungen
kann entweder unmittelbar oder mittelbar über einen geeigneten Verstärker erfolgen,
welcher phasenrichtig auf den Antrieb des Luftschwingungssystems zurückwirkt.
-
In Abb. I ist eine vollständige Schaltung einer derartigen NIeßanordnung
unter Verwendung eines mit gittergesteuerten gasgefüllten Glühlialhodenentla dungs
röh ren arbeitenden Verstärl;ers dargestellt, wobei für die mit Abb. 3 übereinstimmenden
Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Befindet sich das System in Schwingungen,
so lewegt sich die Luftsäule im Rohr 4 mit einer nacheilenden Phasenverschiebung
von go° gegenüber dem Kolben nach außen und nach innen, wobei im Behälter ein Unterdruck
bzw. ein Überdruck erzeugt wird. Von dieer Luftbewegung im Rohr wird eine mit -
-- einem Wechselkontakt versehene Steuerfahne gesteuert. Durch den Wechselkontakt
wer-@den die Gitter zweier Gasentladungsröhren im Gegentakt gezündet. Die abwechselnd
zündenden Gasentladungsröhren haben einen trapezförmigen Wechselstrom zur Folge,
der den Motor 7 mit der Exzenterscheibe 6 und den Kolben 5 antreibt. Ist die Rückkopplung
des Motors über die Fahne phasenrein, was sich leicht durch richtige Einstellung
der Exzenterscheibe zur Motorachse erreichen läßt, so ist die Frequenz des von den
Entladungsröhren gesteuerten Wechselstromes gleich der Eigenfrequenz des Luftschwingungssystems.
-
Die Wirkungsweise der Schaltung sei an Hand der Abb. I und 2 erläutert.
Wird die Steuerfahne 9 durch einen nach außen gehendea Luftstrom an den linien Kontakt,
wie dargestellt, angedrückt, so wird über diesen dem Gitter der Röhre I2 eine gegenüber
dem Heizfaden schwach positive Spannung aufgedrückt, so daß das bisher durch negative
Vorspannung (über Schutzwiderstände) gesperrte Rohr nunmehr zündet. Es fließt also
ein Strom vom Pluspol der Batterie 13 über die obere Hälfte der Ankerwicklungen,
die Anode und die Röhre zurück zur Batterie.
-
Dieser Wechselstromstoß möge den in Abb. 2 dargestellten Anker und
seine Achse 30 derart erregen, daß der vordere Pol schuh 40 zu einem Siid- und der
hintere Polschuh zu einem Nordpol wird. In diesem Falle wird der Anker von der konstant
erregten linken Erregerspule 31 über die Polschuhe 32 angezogen.
-
Betrachtet man die Steuerfahne 9 als praktisch masselos, so erhält
im Augenblick der Richtungsumliehr der Luftströmung im Rohr r das Entladungsrohr
11 über den nunmehr rechts anliegenden Wechselkontakt ebenfalls eine positive Gitterspannung,
wodurch es zündet. Im gleichen Augenblick kommt das Rohr 12 durch die Wirkung eines
Kondensators 15 zum Verlöschen, so daß nunmehr nur noch die untereHälfte der Ankerwicklung
33 des Nilotors und die Röhre 11 vom Strom durchflossen werden. Die löschende Wirkung
des Isondensators kommt dabei folgendermaßen zustande. Ist die Röhre 12 gezündet,
so liege an dem rechten Kondensatorbelag eine Spannung von + 10 Vqlt, falls an der
Kathode das Potential Null liegt und in der gezündeten Röhre ein Spannungsabfall
von 10 Volt auftritt. Über die untere Ankerwicklungshälfte
33 liege
dabei am anderen Belag des Kondensators I5 die volle positive Spannung von beispieLsweise
100 Volt. Diese Spannung von 100 Volt fällt im Ängenblich der Zündung des Rohres
II auf + 10 Volt zusammen. Die Folge davon ist der Ausgleich der Spannung von go
Volt, auf welche der Kondensator ,aufgeladen ist, über folgenden Stromlireis: Linker
Belag des Kondensators 15 (+ 100 Volt), gezündetes Rohr II, Batterie I3, obere Hälfte
der Ankerwicklung 33, Anode der Röhre 12, rechter Belag des Kondensators 15.
-
Der iiber diesen Stromkreis verlaufende Entladungsstrom des Kondensators
ruft an der oberen Spulenhälfte und damit an der Anode der Röhre 12 einen derartigen
Spannungsabfall hervor, daß die Anodenspannung dieses Rohres unter die Löschspannung
sinkt und das Rohr verlöscht. Dieser Strom erzeugt entsprechend dem umgekehrten
Wicklungssinn beider Ankerspulenhälften am vorderen Polschuh 40 des Ankers einen
Nordpol und am hinteren Polschuh einen Südpol.
-
Auf den Anker wirken in diesem Falle einmal die abstoßenden Kräfte
der sich gegenüberstehenden gleichnamigen Pole und weiterhin über die Polzacken
der Polschuhe 40 die anziehenden Kräfte der entgegengesetzt gepolten rechten Erregerspule
31 mit den Polschuhen 32.
-
Der Anker macht eine Drehung um I800.
-
Dabei bewegt sich der Kolben nach unten und die Rohrluft nach außen,
wodurch wieder der linke Kontakt der Steuerfahne g angedrückt und das Gasentladungsrohr
I2 gezündet wird.
-
Die Anordnung kann auch noch in der Richtung erweitert werden, daß
beispilelsweise das Schwingungssystem aus mehreren gekoppelten Kreisen zusammengesetzt
wird.
-
Es könnte so beispielsweise an das freie Ende des Rohres 4 ein weiterer
Behälter bestimmten Inhaltes angeschlossen sein. Ebenso lcann die Art der Rückkopplung
entsprechend den elektrischen Schaltungsmögl,ichkeiten verschieden ausgeführt werden,
-beispielsweise könnte die Rückkopplung direkt von den Druckänderungen im Behälter
abgeleitet werden. Auch die Art des Betriebes kann verschileden gewählt werden;
es ist z. B. möglich, den Antrieb mit im Rohr 4 unterzubringen.
-
PATENTANSPRSCHE: I. Verfahren zum Messen des Inhaltes von geschlossenen
Behältern auf Grund der Eigenfrequenz des im Leerraum des Behälters und einem Ansatzstutzen
desselben in Schwingung versetzten Luftvolumens, dadurch gekennzeichnet, daß das
Luftvolumen über ein von ihm beeinflußtes, praktisch masse- und federloses Steuerorgan
und einen Verstärker mit der die Schwingungen erzeugenden Kraftquelle rückgekoppelt
ist und die Frequenz der sich hierbei einstellenden Eigenschwingung mit einem Frequenzmesser
gemessen wird.