DE9315389U1

DE9315389U1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters

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Publication number: DE9315389U1
Application number: DE19939315389
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-12
Filing date: 1993-10-12
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2003-10-13

Description

Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Füll-. Standes eines Flüssigkeitsbehälters unter Verwendung eine kapazitiven Meßsonde, deren 5 ■ mit steigender Eüllhöhe zunehmende Kapazität in einer elektrischen Meßschaltung als Maß für den Füllstand ausgeweitet 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 Grröße 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 Befullen 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 Verfugung 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 5 Füllmenge, die Mediumtemperatur, auch in Bezug auf temperaturabhängige Dielektrizitätskonstante, sowie das Erkennen eines zusätzlichen unerwünschten Mediums verlangt wird.

Ausgehend 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 Zwischenraum zwischen Innen- und Außenelektrode von der im Flüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeit pegelgleich gefüllt 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 bestimmte 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.

0 Luftspalt

1 Meßsonde

2 obere Außenelektrode 2a untere Außenelektrode

2b elektr. Verdindung Außenelektrode mit Meßelektronik

3 Verschraubung der Außenelektroden 3 a Verbindungshülse

3 b Klemmringe

3 c Überwurfmuttern

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

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

22 Impulsgeber

• ·

Claims

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 unterschiedlichen 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 Ansteuerung eines Schaltrelais, sowie eines Impulseingangs, über den durch einen externen mengenproportionalen Impulsgeber (22) die Eichung der Außwerteelektronik (11) und Anpassung 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 innenliegenden 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 (3 a), 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 Behälterausfuhrungen, mit dem Impulseingang (21) zum Anschluß eines externen mengenproportionalen Impulsgebers.

. Vorrichtung nach Anspruch 1, zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters, mit einer kapazitiven Meßsonde, deren mit steigender Füllhöhe zunehmende, 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 (21 a) mit Gewinde-, Klebe-, Lot-, Schweiß- oder Quetschanschluß (2 Ib), einem Klemmring (21c) und einer Überwurfmutter (2Id).

. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters, mit einer kapazitiven Meßsonde, deren mit steigender Füllhöhe zunehmende, bzw. abnehmende Kapazität in einer elektrischen Meßschaltung als Maß für den Füllstand ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde mehrfach geteilt geteilt sein kann, sodaß 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.