JP2793044B2 - 容器内の所定の充填レベルの検出および／または監視方法および装置 - Google Patents
容器内の所定の充填レベルの検出および／または監視方法および装置Info
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、充填レベルセンサを用いて容器内の所定の
充填レベルを検出および／または監視する方法、ならび
にこの方法を実施するための装置に関する。この場合、
前記充填レベルセンサは、機械振動系と電気機械式励振
変換器と電気機械式受信変換器とを有しており、前記機
械振動系は所定の充填レベルの高さのところに、充填物
が所定の充填レベルに達すると該振動系が充填物と接触
するように取り付けられており、前記受信変換器は増幅
器回路の入力側と接続されており、該増幅器回路の出力
側には励振変換器が接続されており、該増幅器回路は、
前記機械振動系を励振してその固有共振周波数で振動さ
せるように構成されており、前記増幅器回路の出力側に
接続された評価回路が設けられており、該評価回路は前
記増幅器回路の出力信号の周波数に依存して指示過程お
よび／または切換過程をトリガするように構成されてい
る。
充填レベルを検出および／または監視する方法、ならび
にこの方法を実施するための装置に関する。この場合、
前記充填レベルセンサは、機械振動系と電気機械式励振
変換器と電気機械式受信変換器とを有しており、前記機
械振動系は所定の充填レベルの高さのところに、充填物
が所定の充填レベルに達すると該振動系が充填物と接触
するように取り付けられており、前記受信変換器は増幅
器回路の入力側と接続されており、該増幅器回路の出力
側には励振変換器が接続されており、該増幅器回路は、
前記機械振動系を励振してその固有共振周波数で振動さ
せるように構成されており、前記増幅器回路の出力側に
接続された評価回路が設けられており、該評価回路は前
記増幅器回路の出力信号の周波数に依存して指示過程お
よび／または切換過程をトリガするように構成されてい
る。
この形式の方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第
3336991号公報から公知である。この場合、機械振動系
は、１つのダイヤフラムに取り付けられた２つの振動バ
ーを有しており、これらの振動バーは互いに逆方向で振
動させられる。この振動系が空気中で振動するときは、
この振動系はこれが充填物と接触状態にあるときよりも
高い固有共振周波数を有する。この現象を、所定の充填
レベルの検出および／または監視のために用いる。そし
て評価回路は、増幅器回路の出力信号の瞬時の周波数−
これは機械振動系の瞬時の固有共振周波数と常に等しい
−を定格周波数と比較する。この定格周波数は、機械振
動系が空気中で振動したときにこの振動系が有する固有
共振周波数と等しく、たとえば充填レベルセンサの製造
時ないしは組み込み時に測定され記録される。上記の瞬
時周波数が定格周波数よりも所定の差値以上に低けれ
ば、機械振動系が充填物と接触状態にあるものとみなさ
れ、つまり容器内で監視すべき充填レベルに達したかま
たはそれを超えたものとみなされる。他方、そうでなけ
れば、機械振動系は空気中で振動しているとみなされ、
つまり容器内で監視すべき充填レベルには達していない
ものとされる。
3336991号公報から公知である。この場合、機械振動系
は、１つのダイヤフラムに取り付けられた２つの振動バ
ーを有しており、これらの振動バーは互いに逆方向で振
動させられる。この振動系が空気中で振動するときは、
この振動系はこれが充填物と接触状態にあるときよりも
高い固有共振周波数を有する。この現象を、所定の充填
レベルの検出および／または監視のために用いる。そし
て評価回路は、増幅器回路の出力信号の瞬時の周波数−
これは機械振動系の瞬時の固有共振周波数と常に等しい
−を定格周波数と比較する。この定格周波数は、機械振
動系が空気中で振動したときにこの振動系が有する固有
共振周波数と等しく、たとえば充填レベルセンサの製造
時ないしは組み込み時に測定され記録される。上記の瞬
時周波数が定格周波数よりも所定の差値以上に低けれ
ば、機械振動系が充填物と接触状態にあるものとみなさ
れ、つまり容器内で監視すべき充填レベルに達したかま
たはそれを超えたものとみなされる。他方、そうでなけ
れば、機械振動系は空気中で振動しているとみなされ、
つまり容器内で監視すべき充填レベルには達していない
ものとされる。
評価回路は、その特定の周波数から充填レベル監視装
置の所定の欠陥も検出できる。測定された周波数がゼロ
であれば、装置は全面的に故障している。測定された周
波数が定格周波数よりも著しく高ければ、振動バーが腐
食または裂断により短くなっている疑いがある。このよ
うな場合、評価回路は警告信号を送出できる。
置の所定の欠陥も検出できる。測定された周波数がゼロ
であれば、装置は全面的に故障している。測定された周
波数が定格周波数よりも著しく高ければ、振動バーが腐
食または裂断により短くなっている疑いがある。このよ
うな場合、評価回路は警告信号を送出できる。
しかし、このようにして検出できない欠陥もある。な
ぜならば欠陥が生じてもそれによって、実際に起こり得
る周波数値範囲内に収まる周波数値になる可能性がある
からである。このような欠陥はたとえば、センサの構成
部材および電子回路装置の回路素子の長期的変動（ドリ
フト）や老化特性に起因する可能性がある。この種の欠
陥によりセンサの振動周波数が低減されると、振動バー
は実際には空気中で振動しているにもかかわらず、これ
が充填物により覆われている、つまり所定の充填レベル
に達している、と評価回路が誤って指示する可能性があ
る。これとは逆に、このような欠陥によりセンサの振動
周波数が高められると、振動バーは実際には充填物によ
り覆われているにもかかわらず、これが空気中で振動し
ている、つまり所定の充填レベルには達していない、と
評価回路が誤って指示する可能性がある。
ぜならば欠陥が生じてもそれによって、実際に起こり得
る周波数値範囲内に収まる周波数値になる可能性がある
からである。このような欠陥はたとえば、センサの構成
部材および電子回路装置の回路素子の長期的変動（ドリ
フト）や老化特性に起因する可能性がある。この種の欠
陥によりセンサの振動周波数が低減されると、振動バー
は実際には空気中で振動しているにもかかわらず、これ
が充填物により覆われている、つまり所定の充填レベル
に達している、と評価回路が誤って指示する可能性があ
る。これとは逆に、このような欠陥によりセンサの振動
周波数が高められると、振動バーは実際には充填物によ
り覆われているにもかかわらず、これが空気中で振動し
ている、つまり所定の充填レベルには達していない、と
評価回路が誤って指示する可能性がある。
したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の方法
およびこの方法を実施するための装置において、測定さ
れた周波数の大きさからは検出できない欠陥も検出でき
るようにすることにある。
およびこの方法を実施するための装置において、測定さ
れた周波数の大きさからは検出できない欠陥も検出でき
るようにすることにある。
この課題を解決するため本発明による方法は、所定の
テストインターバルの間、増幅器回路の出力側と励振変
換器との接続が短期間、遮断され、測定ライン中の欠陥
を検出するために各テストインターバル中、前記増幅器
回路の出力信号と前記励振変換器において取り出される
信号との間において位相の比較が行われることを特徴と
している。
テストインターバルの間、増幅器回路の出力側と励振変
換器との接続が短期間、遮断され、測定ライン中の欠陥
を検出するために各テストインターバル中、前記増幅器
回路の出力信号と前記励振変換器において取り出される
信号との間において位相の比較が行われることを特徴と
している。
この方法により達成される作用は以下の点に基づくも
のである。すなわち、テストインターバルにおいて増幅
器回路の出力側と励振変換器との接続が遮断された後、
機械振動系の振動はただちに停止するのではなく徐々に
減衰していくが、その際には励振変換器も受信変換器と
してはたらき、これにより機械振動が電気的な出力信号
に変換されるのである。通常の測定モード中は自励条件
が満たされるよう、増幅器回路から励振変換器へ供給さ
れる励振信号は受信変換器から供給される受信信号に対
し90゜移相されているのに対し、テストインターバル
中、両方の変換器から供給される信号は同相である。回
路構成に応じて、装置に欠陥がない場合にはテストイン
ターバルにおいて増幅器回路の出力信号と励振変換器に
おいて取り出された信号との間に存在しなければならな
い所定の位相関係がある。この位相関係が守られていな
いということから、場合によっては検出された位相偏差
の大きさから、装置の欠陥を検出して識別できる。
のである。すなわち、テストインターバルにおいて増幅
器回路の出力側と励振変換器との接続が遮断された後、
機械振動系の振動はただちに停止するのではなく徐々に
減衰していくが、その際には励振変換器も受信変換器と
してはたらき、これにより機械振動が電気的な出力信号
に変換されるのである。通常の測定モード中は自励条件
が満たされるよう、増幅器回路から励振変換器へ供給さ
れる励振信号は受信変換器から供給される受信信号に対
し90゜移相されているのに対し、テストインターバル
中、両方の変換器から供給される信号は同相である。回
路構成に応じて、装置に欠陥がない場合にはテストイン
ターバルにおいて増幅器回路の出力信号と励振変換器に
おいて取り出された信号との間に存在しなければならな
い所定の位相関係がある。この位相関係が守られていな
いということから、場合によっては検出された位相偏差
の大きさから、装置の欠陥を検出して識別できる。
この方法を実施するための装置には、機械振動体と電
気機械式励振変換器と電気機械式受信変換器とを有する
充填レベルセンサが設けられており、前記機械振動体
は、充填物が所定の充填レベルに達すると該振動体が充
填物と接触するよう、所定の充填レベルの高さのところ
に取り付けられており、前記受信変換器は増幅器回路の
入力側と接続されており、該増幅器回路の出力側に励振
変換器が接続されており、該増幅器回路は、前記機械振
動体を励振してその固有共振周波数で振動させるように
構成されており、前記増幅器回路の出力側に接続された
評価回路が設けられており、該評価回路は、前記増幅器
回路の出力信号の周波数に依存して指示過程および／ま
たは切換過程をトリガするように構成されている。そし
て本発明によれば、前記増幅器回路の出力側と前記励振
変換器との間の接続路中にスイッチが挿入接続されてお
り、該スイッチを所定のテストインターバルの間、短期
間、開放する制御回路が設けられており、前記評価回路
は、測定ラインにおける欠陥を識別検出するために各テ
ストインターバル中、前記増幅器回路の出力信号と前記
励振変換器において取り出された信号との間で位相の比
較を行うことを特徴としている。
気機械式励振変換器と電気機械式受信変換器とを有する
充填レベルセンサが設けられており、前記機械振動体
は、充填物が所定の充填レベルに達すると該振動体が充
填物と接触するよう、所定の充填レベルの高さのところ
に取り付けられており、前記受信変換器は増幅器回路の
入力側と接続されており、該増幅器回路の出力側に励振
変換器が接続されており、該増幅器回路は、前記機械振
動体を励振してその固有共振周波数で振動させるように
構成されており、前記増幅器回路の出力側に接続された
評価回路が設けられており、該評価回路は、前記増幅器
回路の出力信号の周波数に依存して指示過程および／ま
たは切換過程をトリガするように構成されている。そし
て本発明によれば、前記増幅器回路の出力側と前記励振
変換器との間の接続路中にスイッチが挿入接続されてお
り、該スイッチを所定のテストインターバルの間、短期
間、開放する制御回路が設けられており、前記評価回路
は、測定ラインにおける欠陥を識別検出するために各テ
ストインターバル中、前記増幅器回路の出力信号と前記
励振変換器において取り出された信号との間で位相の比
較を行うことを特徴としている。
図面に基づく実施例の以下の説明には、本発明のその
他の特徴ならびに利点が示されている。
他の特徴ならびに利点が示されている。
第１図は、本発明の１つの実施例による容器内の所定
の充填レベルの検出および／または監視装置のブロック
回路図である。
の充填レベルの検出および／または監視装置のブロック
回路図である。
第２図は、第１図による装置において生じる各信号の
タイムチャートである。
タイムチャートである。
第３図は、第１図による装置の変形実施例のブロック
回路図である。
回路図である。
第４図は、第３図による装置において生じる各信号の
タイムチャートである。
タイムチャートである。
図面の第１図には、機械振動系11、電気機械式励振変
換器12、および電気機械式受信変換器13を備えた充填レ
ベルセンサ10が示されている。図示されている実例の場
合、機械振動系12は２つの振動バー14および15により構
成されており、これらはそれぞれ一方の端部で１つの共
通のダイアフラム16に取り付けられており、さらにこの
ダイアフラムはその周縁部のまわりで環状の螺合部17と
結合されている。両方の電気機械式変換器12,13の各々
は、供給される電気的交流信号（交流電圧または交流電
流）をそれらの変換器が機械振動に変換でき、これとは
逆にそれらの変換器に作用する機械振動を電気的交流信
号に変換関できるように構成されている。実例として挙
げると、各変換器12,13は少なくとも１つの圧電素子を
有する圧電変換器である。この種の圧電素子は周知のよ
うに、２つの電極間に配置されたウェハ状のピエゾ結晶
から成る。ピエゾ結晶の厚さは電極に印加される電圧に
依存して変化し、これとは逆に機械的に強制的に生じせ
しめられる厚さの変化により電極において電圧が発生す
る。励振変換器12は次のようにダイアフラム16と結合さ
れている。すなわちこの励振変換器は、交流電圧を印加
したときに生じるそのピエゾ結晶の厚み振動によってダ
イヤフラムを振動させ、この振動が両方の振動バーへ伝
達され、その結果、それらの振動バーはその長手方向を
横切る方向における互いに逆方向での振動をする。受信
変換器13は、ダイヤフラムおよび振動バーの機械振動に
よりその両方の電極の間に交流電圧が発生するよう、ダ
イヤフラム16と結合されている。
換器12、および電気機械式受信変換器13を備えた充填レ
ベルセンサ10が示されている。図示されている実例の場
合、機械振動系12は２つの振動バー14および15により構
成されており、これらはそれぞれ一方の端部で１つの共
通のダイアフラム16に取り付けられており、さらにこの
ダイアフラムはその周縁部のまわりで環状の螺合部17と
結合されている。両方の電気機械式変換器12,13の各々
は、供給される電気的交流信号（交流電圧または交流電
流）をそれらの変換器が機械振動に変換でき、これとは
逆にそれらの変換器に作用する機械振動を電気的交流信
号に変換関できるように構成されている。実例として挙
げると、各変換器12,13は少なくとも１つの圧電素子を
有する圧電変換器である。この種の圧電素子は周知のよ
うに、２つの電極間に配置されたウェハ状のピエゾ結晶
から成る。ピエゾ結晶の厚さは電極に印加される電圧に
依存して変化し、これとは逆に機械的に強制的に生じせ
しめられる厚さの変化により電極において電圧が発生す
る。励振変換器12は次のようにダイアフラム16と結合さ
れている。すなわちこの励振変換器は、交流電圧を印加
したときに生じるそのピエゾ結晶の厚み振動によってダ
イヤフラムを振動させ、この振動が両方の振動バーへ伝
達され、その結果、それらの振動バーはその長手方向を
横切る方向における互いに逆方向での振動をする。受信
変換器13は、ダイヤフラムおよび振動バーの機械振動に
よりその両方の電極の間に交流電圧が発生するよう、ダ
イヤフラム16と結合されている。
両変換器12,13の各々のそれぞれ一方の電極はそれぞ
れ１つのアース端子と接続されており、このアース端子
はたとえばダイヤフラム16と螺合部17により構成でき
る。そして他方の電極により、励振変換器12用の接続端
子18ないし受信変換器13用の接続端子19が形成される。
受信変換器13の接続端子19は増幅器回路20と接続されて
おり、この回路の出力側は励振変換器12の接続端子18と
接続されている。このように、機械振動系11を介して互
いに結合されている両変換器12,13を備えた充填レベル
センサ10は、増幅器回路20のフィードバック回路中に配
置されている。増幅器回路20は自励条件が満たされるよ
うに構成されており、したがって機械振動系11は両変換
器12,13を介してその固有共振周波数で振動するよう励
振される。この目的で増幅器回路20は、受信変換器13の
出力信号を増幅する前置増幅器21、この前置増幅器21の
出力信号に対し90゜だけ移相する90゜移相器22、ならび
に終段増幅器23を有している。そしてこの終段増幅器は
その出力側において、機械振動系11の振動を保持するた
めに適正な周波数、位相位置および振幅をもつ交流電圧
を供給する。
れ１つのアース端子と接続されており、このアース端子
はたとえばダイヤフラム16と螺合部17により構成でき
る。そして他方の電極により、励振変換器12用の接続端
子18ないし受信変換器13用の接続端子19が形成される。
受信変換器13の接続端子19は増幅器回路20と接続されて
おり、この回路の出力側は励振変換器12の接続端子18と
接続されている。このように、機械振動系11を介して互
いに結合されている両変換器12,13を備えた充填レベル
センサ10は、増幅器回路20のフィードバック回路中に配
置されている。増幅器回路20は自励条件が満たされるよ
うに構成されており、したがって機械振動系11は両変換
器12,13を介してその固有共振周波数で振動するよう励
振される。この目的で増幅器回路20は、受信変換器13の
出力信号を増幅する前置増幅器21、この前置増幅器21の
出力信号に対し90゜だけ移相する90゜移相器22、ならび
に終段増幅器23を有している。そしてこの終段増幅器は
その出力側において、機械振動系11の振動を保持するた
めに適正な周波数、位相位置および振幅をもつ交流電圧
を供給する。
容器内の充填物が所定の充填レベルに達したか否かを
検出するために、充填レベルセンサ10は周知のように、
充填物が所定のレベルに達すると両方の振動バー14,15
が充填物と接触するように、容器に取り付けられる。容
器内で所定の充填レベルに達していなければ、両方の振
動バー14,15は空気中で振動する。この場合、機械振動
系11の固有共振周波数は、たとえば420Hzとすることの
できる既知の値をとる。これに対し、両方の振動バー1
4,15が充填物に接触すると、機械振動系の固有共振周波
数は減少する；両方の振動バーが充填物で完全に覆われ
ていれば、固有共振周波数はたとえば340Hzになる。機
械振動系11の振動周波数と常に一致している増幅器回路
20の出力信号の周波数を用いることで、容器内の充填物
が所定の充填レベルに達したか否かを検出できる。この
検出は評価回路25により行われる。
検出するために、充填レベルセンサ10は周知のように、
充填物が所定のレベルに達すると両方の振動バー14,15
が充填物と接触するように、容器に取り付けられる。容
器内で所定の充填レベルに達していなければ、両方の振
動バー14,15は空気中で振動する。この場合、機械振動
系11の固有共振周波数は、たとえば420Hzとすることの
できる既知の値をとる。これに対し、両方の振動バー1
4,15が充填物に接触すると、機械振動系の固有共振周波
数は減少する；両方の振動バーが充填物で完全に覆われ
ていれば、固有共振周波数はたとえば340Hzになる。機
械振動系11の振動周波数と常に一致している増幅器回路
20の出力信号の周波数を用いることで、容器内の充填物
が所定の充填レベルに達したか否かを検出できる。この
検出は評価回路25により行われる。
通常の構成によれば終段増幅器23はリミッタ増幅器で
あって、これはその出力側において第２図のダイアフラ
ムＡに示されているような矩形電圧を送出する。簡単に
するため、この矩形電圧も参照符号Ａで表す。矩形電圧
Ａは励振変換器12の接続端子18へ供給される。同じ矩形
電圧Ａは微分回路の入力側へも供給される。この微分回
路は矩形電圧を、矩形電圧の周波数と等しいパルス繰り
返し周波数を有するパルス列に変換する。この目的で微
分回路30は、抵抗32とコンデンサ33の直列接続体から成
る微分素子31を有している。微分素子31は増幅器回路20
の出力側とアースとの間で抵抗34と直列に配置されてお
り、この抵抗34にはダイオード35が並列に接続されてい
る。微分素子31と並列接続体34−35との間の接続点はト
ランジスタ36のベースと接続されており、このトランジ
スタのエミッタはアースと接続されている。トランジス
タ36のコレクタは微分回路30の出力側を成しており、こ
の出力側は評価回路25の入力側と接続されている。
あって、これはその出力側において第２図のダイアフラ
ムＡに示されているような矩形電圧を送出する。簡単に
するため、この矩形電圧も参照符号Ａで表す。矩形電圧
Ａは励振変換器12の接続端子18へ供給される。同じ矩形
電圧Ａは微分回路の入力側へも供給される。この微分回
路は矩形電圧を、矩形電圧の周波数と等しいパルス繰り
返し周波数を有するパルス列に変換する。この目的で微
分回路30は、抵抗32とコンデンサ33の直列接続体から成
る微分素子31を有している。微分素子31は増幅器回路20
の出力側とアースとの間で抵抗34と直列に配置されてお
り、この抵抗34にはダイオード35が並列に接続されてい
る。微分素子31と並列接続体34−35との間の接続点はト
ランジスタ36のベースと接続されており、このトランジ
スタのエミッタはアースと接続されている。トランジス
タ36のコレクタは微分回路30の出力側を成しており、こ
の出力側は評価回路25の入力側と接続されている。
微分素子31は矩形信号Ａの各側縁ごとに短いパルスを
発生し、この場合、それらのパルスは交互に正と負に方
向づけられている。通常は阻止されているトランジスタ
36は、正に方向づけられた各パルスにより短期間、導通
状態になるのに対し負に方向づけられたパルスは何も作
用しないままである。その結果、コレクタにより形成さ
れた出力側には、第２図のダイアグラムＣの左側の部分
に示されている負に方向づけられた短いパルスの列が生
じ、これは矩形信号Ａの立上がり縁と時間的に一致して
いる。このパルス列Ｃは評価回路25へ供給され、評価回
路はこのパルス列から矩形信号Ａの周波数を簡単に求め
ることができ、たとえばこれは所定の時間インターバル
中に生じたパルスの計数により求められる。測定された
周波数は、評価回路24内に記憶されている定格周波数と
比較される。この定格周波数は、充填レベルセンサ10が
正常な状態において空気中で振動したときに有する固有
共振周波数であって、これはたとえば充填レベルセンサ
の製造時または組み込み時に測定されたものである。そ
してこの比較によって評価回路は、容器内で所定の充填
レベルに達したか否かを検出できる。矩形信号Ａの求め
られた周波数が閾値−これはたとえば定格周波数よりも
約10％小さい−に達していなければ、充填レベルセンサ
の振動バーが充填物で覆われているものとみなされる；
これに対して、求められた周波数が閾値を超えていれ
ば、振動バーは空気中で振動しているものとみなされ
る。
発生し、この場合、それらのパルスは交互に正と負に方
向づけられている。通常は阻止されているトランジスタ
36は、正に方向づけられた各パルスにより短期間、導通
状態になるのに対し負に方向づけられたパルスは何も作
用しないままである。その結果、コレクタにより形成さ
れた出力側には、第２図のダイアグラムＣの左側の部分
に示されている負に方向づけられた短いパルスの列が生
じ、これは矩形信号Ａの立上がり縁と時間的に一致して
いる。このパルス列Ｃは評価回路25へ供給され、評価回
路はこのパルス列から矩形信号Ａの周波数を簡単に求め
ることができ、たとえばこれは所定の時間インターバル
中に生じたパルスの計数により求められる。測定された
周波数は、評価回路24内に記憶されている定格周波数と
比較される。この定格周波数は、充填レベルセンサ10が
正常な状態において空気中で振動したときに有する固有
共振周波数であって、これはたとえば充填レベルセンサ
の製造時または組み込み時に測定されたものである。そ
してこの比較によって評価回路は、容器内で所定の充填
レベルに達したか否かを検出できる。矩形信号Ａの求め
られた周波数が閾値−これはたとえば定格周波数よりも
約10％小さい−に達していなければ、充填レベルセンサ
の振動バーが充填物で覆われているものとみなされる；
これに対して、求められた周波数が閾値を超えていれ
ば、振動バーは空気中で振動しているものとみなされ
る。
この評価回路はこれにより求められた周波数から、充
填レベル監視装置のなんらかの欠陥も検出できる。パル
スが到来しなければ、つまり測定された周波数がゼロで
あれば、装置の全面的な故障が生じている。測定された
周波数が定格周波数よりも著しく高ければ、腐食または
裂断により振動バーが短くなっている疑いがある。この
ような場合、評価回路は警告信号を送出できる。しかし
このようにしても検出できない欠陥も存在する。なぜな
らば欠陥が生じてもそれによって、実際に起こり得る周
波数値範囲内に収まる周波数値になる可能性があるから
である。このような欠陥はたとえば、センサの構成部材
および電子回路装置の回路素子の長期的変動（ドリフ
ト）や老化特性に起因する可能性がある。この種の欠陥
によりセンサの振動周波数が低減されると、振動バーは
実際には空気中で振動しているにもかかわらず、これが
充填物により覆われている、つまり所定の充填レベルに
達している、と評価回路が誤って指示する可能性があ
る。これとは逆に、このような欠陥によりセンサの振動
周波数が高められると、振動バーは実際には充填物によ
り覆われているにもかかわらず、これが空気中で振動し
ている、つまり所定の充填レベルには達していない、と
評価回路が誤って指示する可能性がある。
填レベル監視装置のなんらかの欠陥も検出できる。パル
スが到来しなければ、つまり測定された周波数がゼロで
あれば、装置の全面的な故障が生じている。測定された
周波数が定格周波数よりも著しく高ければ、腐食または
裂断により振動バーが短くなっている疑いがある。この
ような場合、評価回路は警告信号を送出できる。しかし
このようにしても検出できない欠陥も存在する。なぜな
らば欠陥が生じてもそれによって、実際に起こり得る周
波数値範囲内に収まる周波数値になる可能性があるから
である。このような欠陥はたとえば、センサの構成部材
および電子回路装置の回路素子の長期的変動（ドリフ
ト）や老化特性に起因する可能性がある。この種の欠陥
によりセンサの振動周波数が低減されると、振動バーは
実際には空気中で振動しているにもかかわらず、これが
充填物により覆われている、つまり所定の充填レベルに
達している、と評価回路が誤って指示する可能性があ
る。これとは逆に、このような欠陥によりセンサの振動
周波数が高められると、振動バーは実際には充填物によ
り覆われているにもかかわらず、これが空気中で振動し
ている、つまり所定の充填レベルには達していない、と
評価回路が誤って指示する可能性がある。
この種の欠陥も検出できるようにする目的で、第１図
による回路装置では増幅器回路20の出力側と励振変換器
12の接続端子18との間の接続路中にスイッチ26が挿入接
続され、接続端子18が第２の増幅器回路40の入力側と接
続され、さらにこの増幅器回路の出力側が微分回路30の
第２の入力側と接続されている。第１図による実施例の
場合、増幅器回路40はただ１つの増幅器41だけを有して
おり、これは増幅器回路20の終段増幅器23と同様にリミ
ッタ増幅器として構成され、その出力側において矩形信
号Ｂを送出する。この矩形信号は接続端子18に生じる交
流電圧信号と同相である。第２図のダイアグラムＢに示
されているこの矩形信号Ｂは微分回路30において、コン
デンサ39と直列接続された抵抗38から成る微分素子37に
よってやはり短いパルスに変換され、それらのパルスは
抵抗34とダイオード35から成る並列接続体に加わり、ひ
いてはトランジスタ36のベースに印加される。微分素子
31により矩形信号Ａから短いパルスが形成される既述の
事例のように、矩形信号Ｂの立上がり縁に対応する正に
方向づけられたパルスによっても、トランジスタ36のコ
レクタにおいて負に方向づけられた短いパルスが生じ、
他方、矩形信号Ｂの立下がり縁に対応する負に方向づけ
られたパルスは抑圧される。トランジスタ36は合成回路
としてはたらき、この回路は両方の微分素子31および37
により形成されたパルス列を合成して１つの組み合わせ
パルス列を形成し、このパルス列は出力パルス列Ｃを成
す。
による回路装置では増幅器回路20の出力側と励振変換器
12の接続端子18との間の接続路中にスイッチ26が挿入接
続され、接続端子18が第２の増幅器回路40の入力側と接
続され、さらにこの増幅器回路の出力側が微分回路30の
第２の入力側と接続されている。第１図による実施例の
場合、増幅器回路40はただ１つの増幅器41だけを有して
おり、これは増幅器回路20の終段増幅器23と同様にリミ
ッタ増幅器として構成され、その出力側において矩形信
号Ｂを送出する。この矩形信号は接続端子18に生じる交
流電圧信号と同相である。第２図のダイアグラムＢに示
されているこの矩形信号Ｂは微分回路30において、コン
デンサ39と直列接続された抵抗38から成る微分素子37に
よってやはり短いパルスに変換され、それらのパルスは
抵抗34とダイオード35から成る並列接続体に加わり、ひ
いてはトランジスタ36のベースに印加される。微分素子
31により矩形信号Ａから短いパルスが形成される既述の
事例のように、矩形信号Ｂの立上がり縁に対応する正に
方向づけられたパルスによっても、トランジスタ36のコ
レクタにおいて負に方向づけられた短いパルスが生じ、
他方、矩形信号Ｂの立下がり縁に対応する負に方向づけ
られたパルスは抑圧される。トランジスタ36は合成回路
としてはたらき、この回路は両方の微分素子31および37
により形成されたパルス列を合成して１つの組み合わせ
パルス列を形成し、このパルス列は出力パルス列Ｃを成
す。
さらに第１図による装置には制御回路50が設けられて
おり、これはスイッチ26を操作する制御信号Ｄを供給す
る。この図面では機械的なスイッチ接点としてシンボリ
ックに表されているスイッチ26は有利には高速電子スイ
ッチであって、たとえば電界効果トランジスタである。
第２図のダイアグラムＤに示されている制御信号Ｄは２
進信号であり、この信号は選択的に低レベルの信号値と
高レベルの信号値をとることができる。図示されている
実施例の場合、制御信号Ｄが低レベルの信号値を有して
いればスイッチ26は閉じられており、制御信号Ｄが高レ
ベルの信号値をとるとこのスイッチが開かれるものとし
ている。
おり、これはスイッチ26を操作する制御信号Ｄを供給す
る。この図面では機械的なスイッチ接点としてシンボリ
ックに表されているスイッチ26は有利には高速電子スイ
ッチであって、たとえば電界効果トランジスタである。
第２図のダイアグラムＤに示されている制御信号Ｄは２
進信号であり、この信号は選択的に低レベルの信号値と
高レベルの信号値をとることができる。図示されている
実施例の場合、制御信号Ｄが低レベルの信号値を有して
いればスイッチ26は閉じられており、制御信号Ｄが高レ
ベルの信号値をとるとこのスイッチが開かれるものとし
ている。
通常の測定モード中、制御回路50は制御信号Ｄに対し
低レベルの信号値をとらせ、したがってスイッチ26は閉
じられている。第２図のダイアグラムの左側の部分に示
されているこの状態において、センサ10は増幅回路20の
閉じたフィードバック回路中にあり、したがって既述の
ようにセンサはその固有共振周波数で振動するように励
振される。この場合、接続端子18における電圧は増幅器
回路の出力電圧と等しく、したがって増幅器回路40の出
力側において送出される矩形電圧Ｂは、増幅器回路20の
出力側における矩形電圧Ａと同相である。それ故、矩形
信号Ａの側縁に対応し微分素子31により接続される短い
パルスは、矩形信号Ｂの側縁に対応し微分素子37により
形成される短いパルスと時間的に重なり合う。このた
め、微分回路30の出力側から評価回路25へ供給されるパ
ルス列Ｃはこの動作状態では、接続端子18から増幅器回
路40を介して微分回路30へ向かう接続路が存在しないと
したときに供給されるであろうパルス列と等しい。した
がって、制御回路50から供給される制御信号Ｄにより監
視装置が通常の測定モードで作動していると情報を得て
いる評価回路25は、充填レベルセンサ10の振動周波数を
既述のようにしてパルス列Ｃから求めることができ、た
とえば所定の時間インターバル中に現れたパルスの計数
により求めることができる。
低レベルの信号値をとらせ、したがってスイッチ26は閉
じられている。第２図のダイアグラムの左側の部分に示
されているこの状態において、センサ10は増幅回路20の
閉じたフィードバック回路中にあり、したがって既述の
ようにセンサはその固有共振周波数で振動するように励
振される。この場合、接続端子18における電圧は増幅器
回路の出力電圧と等しく、したがって増幅器回路40の出
力側において送出される矩形電圧Ｂは、増幅器回路20の
出力側における矩形電圧Ａと同相である。それ故、矩形
信号Ａの側縁に対応し微分素子31により接続される短い
パルスは、矩形信号Ｂの側縁に対応し微分素子37により
形成される短いパルスと時間的に重なり合う。このた
め、微分回路30の出力側から評価回路25へ供給されるパ
ルス列Ｃはこの動作状態では、接続端子18から増幅器回
路40を介して微分回路30へ向かう接続路が存在しないと
したときに供給されるであろうパルス列と等しい。した
がって、制御回路50から供給される制御信号Ｄにより監
視装置が通常の測定モードで作動していると情報を得て
いる評価回路25は、充填レベルセンサ10の振動周波数を
既述のようにしてパルス列Ｃから求めることができ、た
とえば所定の時間インターバル中に現れたパルスの計数
により求めることができる。
制御回路50によって監視装置を通常の測定モードから
テストモードへ切り換えることができ、このことは制御
回路が制御信号Ｄに対し高レベルの信号値を与え、スイ
ッチ26を開かせることによって行われる。これにより増
幅回路20による充填レベルセンサ10の機械的振動の励振
は中断されるが、機械振動系11は振動振幅を徐々に減少
させながらもはじめのうちは振動し続ける。したがって
受信変換器13は引き続き交流電圧を増幅器回路20へ供給
し、したがって矩形電圧Ａはその出力側においてはじめ
のうちはまだ発生し続ける。しかし励振変換器12はこの
ときには受信変換器としても動作し、したがって励振変
換器は接続端子18から増幅器回路40へ交流電圧を供給す
る。この交流電圧は、受信変換器13によりその接続端子
19から送出される交流電圧と周波数および位相に関して
等しい。しかし、交流電圧に対し増幅器回路40において
は移相が行われず、他方、増幅器回路20では交流電圧に
対し90゜の移相が行われるため、増幅器回路40の出力側
から送出された矩形信号Ｂは、増幅器回路20の出力側か
ら送出された矩形信号Ａに対し90゜の位相差を有する。
このことは第２図のダイアグラムの右側の部分からわか
る。その結果として各矩形信号の側縁は、したがってそ
れらの矩形信号から微分素子31および37により導出され
たパルスも、もはや時間的に重なり合わない。このた
め、微分回路30から評価回路25へ供給される組み合わせ
パルス列Ｃにおいて、矩形信号Ａから導出されたパルス
と矩形信号Ｂから導出されたパルスとが互いに位相差を
もって別個に現れる。このことから、評価回路25が所定
の時間インターバル中に現れたパルスの計数により振動
周波数を求めると、この場合には評価回路は時間インタ
ーバルごとに通常の測定モードに比べて２倍のパルス数
を計数することになり、したがって２倍の周波数を測定
することになる。
テストモードへ切り換えることができ、このことは制御
回路が制御信号Ｄに対し高レベルの信号値を与え、スイ
ッチ26を開かせることによって行われる。これにより増
幅回路20による充填レベルセンサ10の機械的振動の励振
は中断されるが、機械振動系11は振動振幅を徐々に減少
させながらもはじめのうちは振動し続ける。したがって
受信変換器13は引き続き交流電圧を増幅器回路20へ供給
し、したがって矩形電圧Ａはその出力側においてはじめ
のうちはまだ発生し続ける。しかし励振変換器12はこの
ときには受信変換器としても動作し、したがって励振変
換器は接続端子18から増幅器回路40へ交流電圧を供給す
る。この交流電圧は、受信変換器13によりその接続端子
19から送出される交流電圧と周波数および位相に関して
等しい。しかし、交流電圧に対し増幅器回路40において
は移相が行われず、他方、増幅器回路20では交流電圧に
対し90゜の移相が行われるため、増幅器回路40の出力側
から送出された矩形信号Ｂは、増幅器回路20の出力側か
ら送出された矩形信号Ａに対し90゜の位相差を有する。
このことは第２図のダイアグラムの右側の部分からわか
る。その結果として各矩形信号の側縁は、したがってそ
れらの矩形信号から微分素子31および37により導出され
たパルスも、もはや時間的に重なり合わない。このた
め、微分回路30から評価回路25へ供給される組み合わせ
パルス列Ｃにおいて、矩形信号Ａから導出されたパルス
と矩形信号Ｂから導出されたパルスとが互いに位相差を
もって別個に現れる。このことから、評価回路25が所定
の時間インターバル中に現れたパルスの計数により振動
周波数を求めると、この場合には評価回路は時間インタ
ーバルごとに通常の測定モードに比べて２倍のパルス数
を計数することになり、したがって２倍の周波数を測定
することになる。
しかし評価回路は高レベルの信号値を有する制御信号
Ｄも受信するので、この回路は監視装置はここではテス
トモードで動作しているという情報を得ており、評価回
路はパルス列Ｃの変化を検査の目的で評価できる。この
ため、テストモード中に２倍のパルス数が生じなけれ
ば、監視装置によって装置の欠陥が検出される。２倍の
パルス数が生じていてもそれらのパルスが90゜とは異な
る位相差を有していれば、位相差の大きさから、ユニッ
トのドリフトのような特定の欠陥を識別検出して評価で
きる。
Ｄも受信するので、この回路は監視装置はここではテス
トモードで動作しているという情報を得ており、評価回
路はパルス列Ｃの変化を検査の目的で評価できる。この
ため、テストモード中に２倍のパルス数が生じなけれ
ば、監視装置によって装置の欠陥が検出される。２倍の
パルス数が生じていてもそれらのパルスが90゜とは異な
る位相差を有していれば、位相差の大きさから、ユニッ
トのドリフトのような特定の欠陥を識別検出して評価で
きる。
テストモードは、充填レベルセンサの機械振動系がま
だ十分な振幅で徐々に振動を終えていく過程の間しか行
えないので、有利なことにテストモードは比較的短いテ
ストインターバルに限られる。このことで、充填レベル
監視が実際には中止されないという別の利点が得られ
る。それというのは、欠陥が存在しなければ、テストモ
ード中でも供給された矩形信号から振動周波数を求める
ことができるからである。テストインターバルのトリガ
は所定の時間間隔で自動的に、または必要に応じて手動
で行える。
だ十分な振幅で徐々に振動を終えていく過程の間しか行
えないので、有利なことにテストモードは比較的短いテ
ストインターバルに限られる。このことで、充填レベル
監視が実際には中止されないという別の利点が得られ
る。それというのは、欠陥が存在しなければ、テストモ
ード中でも供給された矩形信号から振動周波数を求める
ことができるからである。テストインターバルのトリガ
は所定の時間間隔で自動的に、または必要に応じて手動
で行える。
第３図には監視装置の変形実施例が示されており、第
４図のダイアグラムには、第２図の場合と同じようにし
て対応する信号の時間経過特性が示されている。第３図
の場合、互いに対応し合う構成素子と信号は第１図の場
合と同じように表されており、それらについては繰り返
して述べない。第３図による装置が第１図による装置と
異なる点は、増幅器回路40の構成が異なることだけであ
る：この増幅器回路はここでは増幅器回路20と同じよう
に前置増幅器42、90゜移相器43および終段増幅器44を有
している。このようにして接続端子18から供給された交
流電圧に対し90゜の移相が行われるので、矩形信号Ａと
Ｂの位相位置に関して第４図のダイアグラムに示されて
いる差が生じる：通常の測定モードの場合、矩形信号Ｂ
は矩形信号Ａに対し90゜の位相差を有しており、その結
果として両方の矩形信号ＡおよびＢから導出される各パ
ルスは、出力パルス列Ｃにおいて互いに90゜の位相差を
もって別個に現れる；これに対しテストモード中、矩形
信号ＡとＢは同相であり、したがって欠陥がなければ、
それらの信号から導出されるパルスは時間的に重なり合
う。ここですぐにわかるのは、この実施形態の場合、充
填レベル監視と欠陥検出は第１図による実施態様の場合
と同じようにして行えることである：通常の測定モード
中は振動周波数をもちろん２倍のパルス数からでも問題
なく求めることができるし、テストモード中はパルス数
が半減されないことから欠陥の存在が検出される。な
お、欠陥の形式はやはり各パルス対の間における位相差
の大きさに基づき識別できる。第１図の実施形態と異な
り第３図の実施形態により得られる利点とは、容器から
充填レベルセンサ10への固体中伝播（たとえば機械の振
動）によって引き起こされる信号成分が、スイッチ26が
開かれているとき低域通過フィルタ特性を有する90゜移
相器によりろ波され除去されることである。この構成に
より、充填レベル監視装置の適用範囲が著しく広がる。
４図のダイアグラムには、第２図の場合と同じようにし
て対応する信号の時間経過特性が示されている。第３図
の場合、互いに対応し合う構成素子と信号は第１図の場
合と同じように表されており、それらについては繰り返
して述べない。第３図による装置が第１図による装置と
異なる点は、増幅器回路40の構成が異なることだけであ
る：この増幅器回路はここでは増幅器回路20と同じよう
に前置増幅器42、90゜移相器43および終段増幅器44を有
している。このようにして接続端子18から供給された交
流電圧に対し90゜の移相が行われるので、矩形信号Ａと
Ｂの位相位置に関して第４図のダイアグラムに示されて
いる差が生じる：通常の測定モードの場合、矩形信号Ｂ
は矩形信号Ａに対し90゜の位相差を有しており、その結
果として両方の矩形信号ＡおよびＢから導出される各パ
ルスは、出力パルス列Ｃにおいて互いに90゜の位相差を
もって別個に現れる；これに対しテストモード中、矩形
信号ＡとＢは同相であり、したがって欠陥がなければ、
それらの信号から導出されるパルスは時間的に重なり合
う。ここですぐにわかるのは、この実施形態の場合、充
填レベル監視と欠陥検出は第１図による実施態様の場合
と同じようにして行えることである：通常の測定モード
中は振動周波数をもちろん２倍のパルス数からでも問題
なく求めることができるし、テストモード中はパルス数
が半減されないことから欠陥の存在が検出される。な
お、欠陥の形式はやはり各パルス対の間における位相差
の大きさに基づき識別できる。第１図の実施形態と異な
り第３図の実施形態により得られる利点とは、容器から
充填レベルセンサ10への固体中伝播（たとえば機械の振
動）によって引き起こされる信号成分が、スイッチ26が
開かれているとき低域通過フィルタ特性を有する90゜移
相器によりろ波され除去されることである。この構成に
より、充填レベル監視装置の適用範囲が著しく広がる。
もちろん、単に実例として挙げたこれらの実施形態に
ついて変形が可能である。したがって微分回路30をRC素
子を用いるのとは別のやり方で構成することもでき、た
とえば当業者に周知のように単安定マルチバイブレータ
を用いて構成できる。さらに、制御回路50と評価回路25
との間の接続線路を省略できる。それというのは、微分
回路30の出力信号Ｃの変化を利用することで、評価回路
25を制御回路50により形成される切換タイミングに同期
させることができるからである。ここで注意したいの
は、評価回路25は充填レベルセンサ10から比較的距離を
おいて配置されていることが多いことであり、他方、図
示されている回路のその他の構成部分は周辺電子装置と
して充填レベルセンサのところに配置されていることで
ある。このような場合には、信号Ｃを伝送するための線
路を除き、制御信号Ｄを評価回路25へ伝送するための別
の線路が不要になると好適である。
ついて変形が可能である。したがって微分回路30をRC素
子を用いるのとは別のやり方で構成することもでき、た
とえば当業者に周知のように単安定マルチバイブレータ
を用いて構成できる。さらに、制御回路50と評価回路25
との間の接続線路を省略できる。それというのは、微分
回路30の出力信号Ｃの変化を利用することで、評価回路
25を制御回路50により形成される切換タイミングに同期
させることができるからである。ここで注意したいの
は、評価回路25は充填レベルセンサ10から比較的距離を
おいて配置されていることが多いことであり、他方、図
示されている回路のその他の構成部分は周辺電子装置と
して充填レベルセンサのところに配置されていることで
ある。このような場合には、信号Ｃを伝送するための線
路を除き、制御信号Ｄを評価回路25へ伝送するための別
の線路が不要になると好適である。
すべての事例において、測定信号の評価を矩形信号か
らパルス列への変換とは異なるやり方で行うことができ
る。既述の機能動作にとって本質的なことは、どのよう
なテストインターバル中でも、励振回路が遮断され、受
信変換器13の出力信号と、そのときにはやはり受信変換
器としてはたらく励振変換器12の出力信号との位相の比
較が行われることである。このような位相の比較に際し
てはもちろん、信号経路中で生じ位相の変化を考慮する
必要がある。
らパルス列への変換とは異なるやり方で行うことができ
る。既述の機能動作にとって本質的なことは、どのよう
なテストインターバル中でも、励振回路が遮断され、受
信変換器13の出力信号と、そのときにはやはり受信変換
器としてはたらく励振変換器12の出力信号との位相の比
較が行われることである。このような位相の比較に際し
てはもちろん、信号経路中で生じ位相の変化を考慮する
必要がある。
Claims (6)
- 【請求項１】充填レベルセンサを用いて容器内の所定の
充填レベルを検出および／または監視する方法であっ
て、 前記充填レベルセンサは、機械振動系と電気機械式励振
変換器と電気機械式受信変換器とを有しており、 前記機械振動系は所定の充填レベルの高さのところに、
充填物が所定の充填レベルに達すると該振動系が充填物
と接触するように取り付けられており、 前記受信変換器は増幅器回路の入力側と接続されてお
り、該増幅器回路の出力側には励振変換器が接続されて
おり、該増幅器回路は、前記機械振動系を励振してその
固有共振周波数で振動させるように構成されており、 前記増幅器回路の出力側に接続された評価回路が設けら
れており、該評価回路は前記増幅器回路の出力信号の周
波数に依存して指示過程および／または切換過程をトリ
ガするように構成されている、 充填レベルセンサを用いて容器内の所定の充填レベルを
検出および／または監視する方法において、 所定のテストインターバルの間、前記増幅器回路の出力
側と前記励振変換器との接続が短期間、遮断され、 測定ライン中の欠陥を識別検出するために各テストイン
ターバル中、前記増幅器回路の出力信号と前記励振変換
器において取り出される信号との間において位相の比較
が行われることを特徴とする、 充填レベルセンサを用いて容器内の所定の充填レベルを
検出および／または監視する方法。 - 【請求項２】前記増幅器回路の出力信号は、該出力信号
の周波数と等しい繰り返し周波数を有するパルス列へ変
換され、該パルス列は評価回路へ供給され、 励振変換器において取り出された信号も同じようにパル
ス列へ変換され、 両方のパルス列が合成されて１つの組み合わせパルス列
が形成され、該パルス列は評価回路へ供給され、 該評価回路は、前記組み合わせパルス列中に存在するパ
ルスに基づき位相の比較を行う、 請求項１記載の方法。 - 【請求項３】機械振動体と前記機械式励振変換器と電気
機械式受信変換器とを有する充填レベルセンサが設けら
れており、 前記機械振動体は、充填物が所定の充填レベルに達する
と該振動体が充填物と接触するよう、所定の充填レベル
の高さのところに取り付けられており、 前記受信変換器は増幅器回路の入力側と接続されてお
り、該増幅器回路の出力側に励振変換器が接続されてお
り、該増幅器回路は、前記機械振動体を励振してその固
有共振周波数で振動させるように構成されており、 前記増幅器回路の出力側に接続された評価回路が設けら
れており、該評価回路は、前記増幅器回路の出力信号の
周波数に依存して指示過程および／または切換過程をト
リガするように構成されている、 請求項１または２記載の方法を実施するための装置にお
いて、 前記増幅器回路の出力側と前記励振変換器との間の接続
路中にスイッチが挿入接続されており、 該スイッチを所定のテストインターバルの間、短期間、
開放する制御回路が設けられており、 前記評価回路は、測定ラインにおける欠陥を識別検出す
るために各テストインターバル中、前記増幅器回路の出
力信号と前記励振変換器において取り出された信号との
間で位相の比較を行うことを特徴とする、 請求項１または２記載の方法を実施するための装置。 - 【請求項４】前記増幅器回路の出力側と前記励振変換器
の接続端子は、それぞれ１つの微分素子を介して合成回
路に接続されており、該合成回路の出力信号は前記評価
回路へ供給される、請求項３記載の装置。 - 【請求項５】前記励振変換器の接続端子は第２の増幅器
回路の入力側と接続されており、該増幅器回路の出力信
号は位相比較のために用いられる、請求項３または４記
載の装置。 - 【請求項６】前記第２の増幅器回路は、増幅された信号
に対し充填レベル検出器のフィードバック回路中に配置
されている第１の増幅器回路と同じ移相を行わせるよう
に構成されている、請求項５記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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