DE10153936A1 - Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter - Google Patents
Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem BehälterInfo
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Abstract
Es ist eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter vorgesehen, die auch in Flüssigkeiten mit Oberflächenwellen stabil arbeitet, welche umfaßt: ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde, ein elektromechanischer Wandler (9), der das Schwingungsgebilde im Betrieb zu Resonanzschwingungen anregt, und eine Empfangs- und Auswerteeinheit (13), die dazu dient mittels der Resonanzschwingung zu bestimmen ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht, bei dem eine Form des Schwingungsgebildes so ausgebildet ist, daß sich die Resonanzfrequenz beim Eintauchen im Bereich des vorbestimmten Füllstands nur langsam mit einer Eintauchtiefe ändert.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung
eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter.
Derartige Füllstandsgrenzschalter werden in vielen Industriezweigen, insb. in
der Chemie und in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Sie dienen zur
Grenzstandsdetektion und werden z. B. als Überfüllsicherung oder als
Pumpenleerlaufschutz verwendet.
In der DE-A 44 19 617 ist eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder
Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter beschrieben.
Diese umfaßt:
- - ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde,
- - einen elektromechanischen Wandler,
- - der das Schwingungsgebilde im Betrieb zu Resonanzschwingungen anregt, und
- - eine Empfangs- und Auswerteeinheit, die dazu dient mittels einer Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung zu bestimmen ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht.
Der elektromechanische Wandler weist mindestens einen Sender auf, an dem
ein elektrisches Sendesignal anliegt und der das mechanische Schwingungs
gebilde zu Schwingungen anregt. Es ist ein Empfänger vorgesehen, der die
mechanischen Schwingungen des Schwingungsbildes aufnimmt und in ein
elektrisches Empfangssignal umwandelt. Die Auswerteeinheit nimmt das
Empfangssignal auf und vergleicht dessen Frequenz mit einer Referenz
frequenz. Sie erzeugt ein Ausgangssignal das angibt, daß das mechanische
Schwingungsgebilde von einem Füllgut bedeckt ist, wenn die Frequenz einen
Wert aufweist der kleiner als eine Referenzfrequenz ist, und daß es nicht
bedeckt ist, wenn der Wert größer ist. Es ist ein Regelkreis vorgesehen, der
eine zwischen dem elektrischen Sendesignal und dem elektrischen
Empfangssignal bestehende Phasendifferenz auf einen bestimmten konstanten
Wert regelt, bei dem das Schwingungsgebilde Schwingungen mit einer
Resonanzfrequenz ausführt.
Der Regelkreis wird z. B. dadurch gebildet, daß das Empfangssignal verstärkt
und über einen Phasenschieber auf das Sendesignal zurück gekoppelt wird.
Die Schwingungsgebilde weisen häufig eine Membran auf an der mindestens
ein in den Behälter hinein ragender Schwingstab angeordnet ist. Im Betrieb
werden die Schwingstäbe in Resonanzschwingungen senkrecht zu deren
Längsachse versetzt. Damit beim Eintauchen des Schwingungsgebildes in die
Flüssigkeit eine möglichst große Änderung der Schwingfrequenz auftritt, sind
die Schwingstäbe endseitig paddelförmig ausgebildet.
Wird eine solche Vorrichtung in einem Behälter eingesetzt, indem eine
Flüssigkeit, z. B. durch einen Befüllvorgang bedingt, eine wellige Oberfläche
aufweist, so kann es sein, daß die Referenzfrequenz durch die
Wellenbewegung der Flüssigkeit andauernd über- und wieder unterschritten
wird. Die Vorrichtung arbeitet dann beim Erreichen des vorbestimmten
Füllstandes nicht mehr stabil sondern wechselt in kurzen Abständen ihren
Schaltzustand, ohne daß sich der Füllstand merklich ändert.
Besonders ausgeprägt ist dieses Problem, wenn die Vorrichtung von unten in
einen Behälter eingebaut ist. Steigt nun der Füllstand vom Behälterboden
ausgehend an, so liegt eine vorgegebene Frequenzänderung, bei der die
Vorrichtung ihren Zustand ändert sehr viel näher am freien Ende des
Schwingstabes, als wenn die Schwingstäbe von oben in den Behälter hinein
ragen würden. Am freien Ende des Schwingstabes ändert sich die
Resonanzfrequenz bei herkömmlichen Paddelformen mit der Eintauchtiefe sehr
viel schneller als z. B. in einem mittleren Bereich des Paddels. Somit bewirken
kleine Füllstandsänderungen in dem Fall große Frequenzänderungen.
Hierdurch ist die Gefahr eines durch Oberflächenwellen ausgelösten einfachen
oder häufigen Schaltzustandswechsels besonders groß.
Dies kann problematisch sein, wenn die Vorrichtung Teil einer großen Anlage
ist, und die Füllstandinformation zur Regelung oder Steuerung anderer
Anlageneinheiten herangezogen wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder
Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter anzugeben,
die auch in Flüssigkeiten mit Oberflächenwellen stabil arbeitet.
Dies wird erfindungsgemäß gelöst, durch eine Vorrichtung zur Feststellung
und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter,
welche Vorrichtung umfaßt:
- - ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde,
- - einen elektromechanischen Wandler,
- - der das Schwingungsgebilde im Betrieb zu Resonanzschwingungen anregt, und
- - eine Empfangs- und Auswerteeinheit, die dazu dient dazu dient mittels einer Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung zu bestimmen ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht,
- - bei dem eine Form des Schwingungsgebildes so ausgebildet ist, daß sich die Resonanzfrequenz beim Eintauchen im Bereich des vorbestimmten Füllstandes nur langsam mit einer Eintauchtiefe ändert.
Gemäß einer Weiterbildung
- - weist das Schwingungsgebilde mindestens einen auf einer Membran (3) befestigten Schwingstab (7) auf,
- - der im Betrieb Resonanzschwingungen senkrecht zu dessen Längsachse (L) ausführt,
- - an den endseitig ein Paddel (8) angeformt ist, und
- - bei der eine im Betrieb durch das Füllgut bewegte projezierte Oberfläche einzelner Paddelabschnitte gleicher Länge in einem mittleren Abschnitt des Paddels (8) maximal ist und zum freien Enden des Paddels (8) hin abnimmt.
Gemäß einer Weiterbildung
- - weist das Schwingungsgebilde mindestens einen auf einer Membran befestigten Schwingsstab auf,
- - der im Betrieb in Resonanzschwingungen senkrecht zu dessen Längsachse ausführt, und
- - an den endseitig ein Paddel angeformt ist,
- - das einen membran-abgewandten Endbereich aufweist, dessen Breite in membran-abgewandter Richtung abnimmt.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Paddel im Endbereich unter einem Winkel
zwischen 20° und 55° zur Längsachse des Paddels abgeschrägt.
Gemäß einer Weiterbildung schließt das Paddel mit einer Spitze ab.
Gemäß einer Ausgestaltung ist eine Hysteresestufe vorgesehen, die derart
ausgestaltet ist, daß die Vorrichtung das erreichen des vorbestimmten
Füllstands feststellt, wenn ein unterer Referenzfrequenzwert unterschritten wird
und sie diesen Zustand solange beibehält, bis ein oberer Referenzfrequenzwert
erreicht bzw. überschritten wird.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der
Zeichnung, in denen vier Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert;
gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Feststellung
und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstands;
Fig. 2 zeigt eine prozentuale Änderung der Frequenz mit der das
Schwingungsgebilde in Abhängigkeit von dessen Eintauchtiefe in die
Flüssigkeit schwingt für zwei verschiedene von oben in den Behälter
eingebaute Paddelformen im Vergleich;
Fig. 3 zeigt eine prozentuale Änderung der Frequenz mit der das
Schwingungsgebilde in Abhängigkeit von dessen Eintauchtiefe in die
Flüssigkeit schwingt für zwei verschiedene von unten in den Behälter
eingebaute Paddelformen im Vergleich;
Fig. 4 zeigt einen Schwingstab mit einem blattförmigen Paddel; und
Fig. 5 zeigt einen Schwingstab mit einem Paddel mit einem schmalen
stumpfen Abschluß.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Feststellung und/oder Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem
Behälter. Sie weist ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes
anzubringendes mechanisches Schwingungsgebilde auf.
Das Schwingungsgebilde umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1,
das von einer kreisförmigen Membran 3 frontbündig abgeschlossen ist. An das
Gehäuse 1 ist ein Gewinde 5 angeformt, mittels dessen die Vorrichtung in eine
nicht dargestellte auf der Höhe des vorbestimmten Füllstands angeordnete
Öffnung in einem Behälter einschraubbar ist. Andere dem Fachmann bekannte
Befestigungsweisen, z. B. mittels an dem Gehäuse 1 angeformter Flansche,
sind ebenfalls einsetzbar.
An der Außenseite des Gehäuses 1 sind an der Membran 3 zwei in den
Behälter weisende Schwingstäbe 7 angeformt, die ebenfalls Bestandteil des
Schwingungsgebildes sind. Diese werden durch einen im Inneren des
Gehäuses 1 auf der Membran 3 angeordneten elektromechanischen Wandler 9
in Schwingungen senkrecht zu deren Längsachse versetzt. Als
elektromechanischer Wandler 9 dient in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ein scheibenförmiges piezoelektrisches Element, das auf die Membran 3
aufgebracht und fest mit dieser verbunden ist. Das piezoelektrische Element ist
z. B. auf die Membran 3 aufgeklebt oder aufgelötet und dient dazu die Membran
3 im Betrieb in Biegeschwingungen zu versetzen. Durch diese
Membranbewegung werden die Schwingstäbe 7 in Schwingungen senkrecht zu
deren Längsachse L versetzt. An einem membran-abgewandten Ende weisen
die Schwingstäbe 7 jeweils ein Paddel 8 auf, das durch einen breiteren
Endabschnitt der Schwingstäbe 7 gebildet ist.
Das Schwingungsgebilde wird im Betrieb mittels einer elektronischen Schaltung
11 zu Resonanzschwingungen angeregt und es ist eine Empfangs- und
Auswerteeinheit 13 vorgesehen, die dazu dient mittels einer Resonanzfrequenz
der Resonanzschwingung zu bestimmen ob der vorbestimmte Füllstand
erreicht ist oder nicht. Dies geschieht beispielsweise, indem auf einer
membran-abgewandten Seite des piezoeleketrischen Elements 9 eine
Sendeelektrode 15 und eine Empfangselektrode 17 angeordnet sind.
Über die elektronische Schaltung 11 liegt an der Sendeelektrode 15 ein
elektrisches Sendesignal an, das das mechanische Schwingungsgebilde zu
Schwingungen anregt. Die Schwingungen werden mittels der
Empfangselektrode 17 aufgenommen und in ein elektrisches Empfangssignal
umwandelt. Die Empfangs- und Auswerteeinheit 13 nimmt das Empfangssignal
auf vergleicht dessen Frequenz mit einer Referenzfrequenz. Sie erzeugt ein
Ausgangssignal das angibt, daß das mechanische Schwingungsgebilde von
einem Füllgut bedeckt ist, wenn die Frequenz einen Wert aufweist der kleiner
als die Referenzfrequenz ist, und daß es nicht bedeckt ist, wenn der Wert
größer ist. In der elektronischen Schaltung 11 ist ein Regelkreis vorgesehen,
der eine zwischen dem elektrischen Sendesignal und dem elektrischen
Empfangssignal bestehende Phasendifferenz auf einen bestimmten konstanten
Wert regelt, bei dem das Schwingungsgebilde Schwingungen mit einer
Resonanzfrequenz ausführt.
Der Regelkreis wird z. B. dadurch gebildet, daß das Empfangssignal verstärkt
und über einen Phasenschieber auf das Sendesignal zurück gekoppelt wird.
Erfindungsgemäß ist eine Form des Schwingungsgebildes so
ausgebildet, daß sich die Resonanzfrequenz beim Eintauchen im Bereich des
vorbestimmten Füllstands nur langsam mit einer Eintauchtiefe ändert. Dies ist
zum Beispiel dadurch möglich, daß eine Form gewählt wird, bei der bei einem
Hineinragen des Schwingungsgebildes von oben in den Behälter ein
Schwerpunkt der Teile des Schwingungsgebildes die in das Füllgut eintauchbar
sind, deutlich oberhalb eines bei ansteigendem Füllstand zuerst in die
Flüssigkeit eintauchenden Ende des Schwingungsgebildes befindet.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel hierfür anhand einer Darstellung in der eine
prozentualen Änderung der Resonanzfrequenz ΔF zweier von oben in den
Behälter hineinragender Schwinggabelformen ihrem Betrage nach in
Abhängigkeit von einer Eintauchtiefe h des Schwingungsgebildes in die
Flüssigkeit aufgetragen ist. Die prozentualen Änderung der Resonanzfrequenz
ΔF bezeichnet hier die Differenz der aktuellen Resonanzfrequenz und der
Resonanzfrequenz, die das Schwingungsgebilde in Luft aufweist, bezogen auf
die Resonanzfrequenz, die das Schwingungsgebilde in Luft aufweist. Die erste
Schwinggabelform weist eine in der Fig. 3 dargestellte herkömmliche
Paddelform A mit einer im wesentlichen rechteckigen Paddelfläche auf.
Die zweite Schwinggabel weist eine ebenfalls in Fig. 3 dargestellte
erfindungsgemäß ausgebildete Paddelform B auf. Die Paddelform B weist
einen membran-abgewandten Endbereich 19 auf, dessen Breite in membran-
abgewandter Richtung abnimmt. Vorzugsweise sind die Paddel 8 im
Endbereich unter einem Winkel α zwischen 20° und 55° zur Längsachse des
jeweiligen Paddels 8 abgeschrägt. Der Winkel α ist zur Verdeutlichung
eingezeichnet. Das Paddel schließt mit einer Spitze ab.
Während bei herkömmlichen Vorrichtungen mit im wesentlichen
rechteckförmigen Paddeln, sofort, wenn das Füllgut das membran-abgewandte
Ende des Paddels erreicht die maximale Breite des Paddels in der Flüssigkeit
schwingt und ein entsprechend großes Flüssigkeitsvolumen mitbewegt, reicht
bei der beschriebenen Paddelform B zu Beginn des Eintauchvorgangs nur eine
schmale Paddelspitze in die Flüssigkeit. Bei gleicher Eintauchtiefe h tritt also
mit dem erfindungsgemäßen Paddel 8 zunächst eine sehr viel geringere
prozentuale Frequenzänderung ein. Die dargestellte Kennlinie verläuft somit
flacher als bei herkömmlichen Vorrichtungen mit Paddeln mit rechteckförmigem
Längsschnitt.
Legt man einen Schaltpunkt Sp z. B. bei einer prozentualen Frequenzänderung
von 15% fest, so schaltet die herkömmliche Vorrichtung mit der Paddelform A
bereits bei einer Eintauchtiefe von ca. 13 mm, die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit der Paddelform B schaltet dagegen erst bei einer Eintauchtiefe
von ca. 18 mm. Die prozentuale Frequenzänderung ΔF verläuft bei der
Paddelform B im Bereich des vorbestimmten Füllstandes, als in der Umgebung
des Schaltpunktes Sp deutlich flacher als bei der Paddelform A. Dies ist durch
die eingezeichneten Tangenten veranschaulicht. Die Eintauchtiefe h bei
Erreichen des Schaltpunkts Sp ist zusätzlich auch direkt an den Abbildungen
der Paddelformen A und B dargestellt.
Der Schaltpunkt Sp liegt natürlich immer im Bereich der Paddel, er liegt jedoch
bei der Paddelform A näher am freien Ende des Paddels als bei der
Paddelform B.
Der Schaltpunkt Sp kann auch durch die Wahl einer größeren zugeordneten
prozentualen Frequenzänderung ΔF weiter von dem freien Ende des Paddels
entfernt werden. Dies ist jedoch nur innerhalb sehr enger Grenzen möglich. Die
zugehörige Frequenzänderung muß möglichst groß sein, um eine hohe
Meßsicherheit zu bieten; sie muß aber in einer Vielzahl verschiedener
Flüssigkeiten noch erreicht werden.
Untersuchungen haben gezeigt, daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung, also
die maximale Änderung der Resonanzfrequenz in einem bestimmten Medium
bezogen auf die Resonanzfrequenz in Luft, wesentlich von der Breite der
Paddel, nicht aber von deren Länge abhängt. Dies hängt unter anderem damit
zusammen, daß ein längerer Schwingstab bei gleicher Breite ein deutlich
größeres Massenträgheitsmoment aufweist. Der Endbereich der Paddel 8 kann
daher schmaler werden, ohne daß dies größere Einbußen in der
Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung zur Folge hat, solange die Paddel
zumindest in einem mittleren Bereich ein ausreichende Breite aufweisen. Damit
können auch vorbestimmte Füllstände von Flüssigkeiten mit sehr geringer
Dichte noch einwandfrei detektiert werden.
Bei einer flachen Kennlinie, wie sie in Fig. 2 in Verbindung mit Paddelform B
dargestellt ist, bleiben geringe Füllstandsänderungen, wie sie z. B. durch
Oberflächenwellen im Behälter auftreten können ohne große Auswirkung auf
die Resonanzfrequenz. Entsprechend führen sie seltener zum über- oder
unterschreiten der Referenzfrequenz und damit zum Auslösen eines
Schaltvorganges. Außerdem lassen sich die damit verbundenen geringen
Resonanzfrequenzänderungen durch den Einbau einer Hysteresestufe geringer
Höhe gänzlich ausschalten.
Die Hysteresestufe kann z. B. derart ausgestaltet sein, daß die Vorrichtung das
erreichen des vorbestimmten Füllstands feststellt, wenn ein unterer
Referenzfrequenzwert unterschritten wird und sie diesen Zustand solange
beibehält, bis ein oberer Referenzfrequenzwert erreicht bzw. überschritten wird.
Aufgrund der zuvor beschriebenen flachen Kennlinie der Vorrichtung können
der obere und der untere Referenzfrequenzwert relativ nah beieinander liegen.
Damit ist es möglich ein durch Oberflächenwellen bedingtes Hin- und
Herschalten zu verhindern, ohne daß die Ansprechempfindlichkeit und die
Zuverlässigkeit der Vorrichtung bei der Feststellung und/oder Überwachung
des vorbestimmten Füllstandes beeinträchtigt wird.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Paddelform besteht besteht darin, daß
sie ein geringeres Massenträgheitsmoment aufweisen, und eine beim
Schwingen der Schwingstäbe in der Flüssigkeit senkrecht zu deren
Längsachse mit den Paddeln mitbewegte Flüssigkeitsmenge geringer ist, als
bei als herkömmliche Paddel mit rechteckigen Paddelflächen. Dadurch wird
erreicht, daß eine Reaktionszeit, die die Vorrichtung zur Erkennung eines
Zustandswechsels benötigt geringer ist. Ein Zustandswechsel bezeichnet hier
ein Über- oder Unterschreiten des vorbestimmten Füllstands.
Zuvor ist in der Beschreibung davon ausgegangen worden, daß die Vorrichtung
oberhalb des Behälters angeordnet ist und die Paddel in den Behälter hinein
geführt sind. Diese Einbauweise ist z. B. dann vorgesehen, wenn der
vorbestimmte Füllstand maximaler Füllstand ist. Alternativ kann die Vorrichtung
natürlich auch unterhalb des Behälters angeordnet sein, und die Schwingstäbe
führen nach oben in den Behälter hinein.
Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der prozentualen Frequenzänderung ΔF für
Vorrichtungen mit den Paddelformen A und B in Abhängigkeit von der
Eintauchtiefe bei von unten in den Behälter hineinragenden Schwingstäben.
Die Flüssigkeit steigt nun bei ansteigendem Füllstand von der Membran 3 zu
den Schwingstäbe 7 bis zu den Paddeln 8 auf.
Nimmt man auch hier wieder den vorgegebenen Schaltpunkt Sp bei einer
Frequenzänderung ΔF von 15% an, so liegt der Schaltpunkt Sp bei der Form A
sehr nah am freien Ende des
Paddels 8. Die eingezeichnete Tangente zeigt, daß die prozentuale
Frequenzänderung ΔF hier sehr steil abfällt. Dies ist wie eingangs beschrieben
beim Auftreten von Oberflächenwellen sehr problematisch. Der Schaltpunkt Sp
liegt bei der erfindungsgemäßen Paddelform B dagegen weiter vom freien
Ende des Paddels weg und die Tangente verläuft sehr viel flacher.
Das in Verbindung mit Fig. 2 Gesagte zur Hysteresestufe und zur Reaktionszeit
gilt in Verbindung mit Fig. 3 entsprechend.
Eine Vorrichtung, die die Paddelform B aufweist, arbeitet bei Oberflächenwellen
sehr viel stabiler und zuverlässiger. Eine besonderer Vorteil ist, daß dies
unabhängig davon ist, ob die Vorrichtung von oben oder von unten in den
Behälter eingebaut ist.
Eine langsame Änderung der prozentualen Frequenzänderung ΔF mit der
Eintauchtiefe ist realisierbar, indem eine im Betrieb durch das Füllgut bewegte
projezierte Oberfläche einzelner Paddelabschnitt gleicher Länge in einem
mittleren Abschnitt des Paddels maximal ist und zum freien Enden des Paddels
hin abnimmt. Vorzugsweise schließen die Paddel an deren freiem Ende daher
mit einer Spitze ab.
Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Beispiele möglicher Paddelformen. Das in
Fig. 4 dargestellte Paddel weist eine Spitze auf. Bei dem durch eine
durchgezogene Linie dargestellten Form sind die Seitenlinien des Schnitts
durch die Spitze leicht zur Paddelmitte gewölbt. Bei dem durch eine
gestrichelte Linie dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Seitenlinien leicht
von der Paddelmitte nach außen gewölbt. In beiden Fällen ist jedoch eine
deutliche Spitze vorhanden und die breite des Paddel nimmt zu dessen freiem
Ende hin ab. Eine im Schnitt rechteckige Paddelform mit abgerundeten Ecken
ist nicht geeignet, um die genannten Vorteile zu erzielen. Ebensowenig ist eine
leichte Abschrägung der Paddel über deren gesamte Länge dazu geeignet.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Seitenlinien der
Paddelspitze leicht zur Paddelmitte nach innen gewölbt, daß Paddel endet
jedoch nicht in einem auf einen Punkt zuführenden Ende, sondern in einem
bezogen auf eine maximal auftretende Paddelbreite schmalen stumpfen
Abschluß. Auch dieser stumpfe Abschluß fungiert aufgrund dessen geringer
Breite als eine Spitze.
Ein zusätzlicher Vorteil der dargestellten erfindungsgemäßen Paddelformen
besteht darin, daß hochviskose, zähe oder sogar klebrige Flüssigkeiten an der
Paddelspitze leichter und schneller abfließen als an einem Paddel mit
rechteckigem Querschnitt. An dem Paddel anhaftende Flüssigkeit bewirkt eine
Erhöhung des Massenträgheitsmomentes der Schwingstäbe 7 und führt damit
ebenfalls zu einer Reduktion der Resonanzfrequenz. Dies kann je nach
Flüssigkeit dazu führen, das die Vorrichtung ein Erreichen bzw. Überschreiten
des vorbestimmten Füllstandes anzeigt, obwohl der Füllstand bereits wieder
abgefallen ist. Ein schnelles Abfließen der Flüssigkeit von den Schwinggabeln 7
bedeutet, daß die Vorrichtung schneller erkennt, wenn das
Schwingungsgebilde nicht mehr in das Füllgut eingetaucht ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die beschriebenen Paddelformen eine
geringere Oberfläche aufweist, als herkömmliche Paddel mit rechteckigem
Querschnitt. Damit ist die Oberfläche, an der sich z. B. durch antrocknende
Flüssigkeit Ansatz bilden kann, gering. Auch Ansatz führt zu einer permanenten
Änderung der Resonanzfrequenz und wirkt sich nachteilig auf die
Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung aus.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf mechanische Schwingungssysteme mit zwei
Schwingstäben beschränkt; sie kann auch bei Grenzschaltern eingesetzt
werden, die nur einen oder keine Schwingstäbe aufweisen. Wesentlich ist das
die Form des Schwingungsgebildes so ausgebildet ist, daß sich die
Resonanzfrequenz zu Beginn eines Eintauchvorgangs nur langsam mit der
Eintauchtiefe ändert. Eine solche flache Kennlinie ist bei Schwingungsgebilden,
die flächige Element aufweisen, die beim Erreichen bzw. Überschreiten des
vorbestimmten Füllstands in die Flüssigkeit eintauchen gegeben, wenn der
Flächenschwerpunkt und der zugehörige Massenschwerpunkt in einer
membran- bzw. behälterwand-zugewandten Hälfte des flächigen Elements
liegen. Dies ist bei Schwingstäben mit Paddeln der Fall, wenn eine im Betrieb
durch das Füllgut bewegte projezierte Oberfläche einzelner Paddelabschnitte
gleicher Länge in einem mittleren Abschnitt des Paddels maximal ist und zum
freien Enden des Paddels hin abnimmt.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung eines
vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter, welche Vorrichtung umfaßt:
ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde,
einen elektromechanischen Wandler (9),
der das Schwingungsgebilde im Betrieb zu Resonanzschwingungen anregt, und
eine Empfangs- und Auswerteeinheit (13), die dazu dient mittels einer Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung zu bestimmen, ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht,
bei dem eine Form des Schwingungsgebildes so ausgebildet ist, daß sich die Resonanzfrequenz beim Eintauchen im Bereich des vorbestimmten Füllstands nur langsam mit einer Eintauchtiefe ändert.
ein auf der Höhe des vorbestimmten Füllstandes angebrachtes mechanisches Schwingungsgebilde,
einen elektromechanischen Wandler (9),
der das Schwingungsgebilde im Betrieb zu Resonanzschwingungen anregt, und
eine Empfangs- und Auswerteeinheit (13), die dazu dient mittels einer Resonanzfrequenz der Resonanzschwingung zu bestimmen, ob der vorbestimmte Füllstand erreicht ist oder nicht,
bei dem eine Form des Schwingungsgebildes so ausgebildet ist, daß sich die Resonanzfrequenz beim Eintauchen im Bereich des vorbestimmten Füllstands nur langsam mit einer Eintauchtiefe ändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der
das Schwingungsgebilde mindestens einen auf einer Membran (3) befestigten Schwingstab (7) aufweist,
der im Betrieb Resonanzschwingungen senkrecht zu dessen Längsachse (L) ausführt,
an den endseitig ein Paddel (8) angeformt ist,
bei dem eine im Betrieb durch das Füllgut bewegte projezierte Oberfläche einzelner Paddelabschnitte gleicher Länge in einem mittleren Abschnitt des Paddels (8) maximal ist und zum freien Enden des Paddels (8) hin abnimmt.
das Schwingungsgebilde mindestens einen auf einer Membran (3) befestigten Schwingstab (7) aufweist,
der im Betrieb Resonanzschwingungen senkrecht zu dessen Längsachse (L) ausführt,
an den endseitig ein Paddel (8) angeformt ist,
bei dem eine im Betrieb durch das Füllgut bewegte projezierte Oberfläche einzelner Paddelabschnitte gleicher Länge in einem mittleren Abschnitt des Paddels (8) maximal ist und zum freien Enden des Paddels (8) hin abnimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der
das Schwingungsgebilde mindestens einen auf einer Membran (3) befestigten Schwingsstab (7) aufweist,
der im Betrieb in Resonanzschwingungen senkrecht zu dessen Längsachse (L) ausführt,
an den endseitig ein Paddel (8) angeformt ist,
das einen membran-abgewandten Endbreich (19) aufweist, dessen Breite in membran-abgewandter Richtung abnimmt.
das Schwingungsgebilde mindestens einen auf einer Membran (3) befestigten Schwingsstab (7) aufweist,
der im Betrieb in Resonanzschwingungen senkrecht zu dessen Längsachse (L) ausführt,
an den endseitig ein Paddel (8) angeformt ist,
das einen membran-abgewandten Endbreich (19) aufweist, dessen Breite in membran-abgewandter Richtung abnimmt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Paddel im Endbereich (19) unter
einem Winkel (a) zwischen 20° und 55° zur Längsachse (L) des Paddels
(8) abgeschrägt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Paddel (8) mit in einer Spitze
abschließt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Hysteresestufe vorgesehen ist,
die derart ausgestaltet ist, daß die Vorrichtung das erreichen des
vorbestimmten Füllstands feststellt, wenn ein unterer
Referenzfrequenzwert unterschritten wird und sie diesen Zustand solange
beibehält, bis ein oberer Referenzfrequenzwert erreicht bzw. überschritten
wird.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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