DE19839000A1 - Verfahren zur Überwachung von Füllständen sowie Füllstandsmeß- und anzeigevorrichtung - Google Patents
Verfahren zur Überwachung von Füllständen sowie Füllstandsmeß- und anzeigevorrichtungInfo
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Abstract
Der Füllstand eines flüssigen Mediums (16) in einem Tank (12), einem Behälter oder einer Zisterne aus Kunststoff oder Glas wird mittels einer batteriebetriebenen Meßwerterfassung (20) in ungeradzahligen Stundenabständen von außen durch eine Tankwand (14) des Tanks (12), Behälters oder der Zisterne hindurch erfaßt. Hierzu sind wenigstens zwei unabhängige Sensoren (22, 23, 24) außen auf der Tankwand (14) befestigt, die in Abhängigkeit vom Bedeckungsgrad einer zugeordneten Sensorfläche mit dem Medium (16) ein elektronisches Meßsignal erzeugen. Letzteres wird zu einem Füllstandssignal verarbeitet und per Funk über eine Funkstrecke (F) an eine Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) weitergeleitet. Das Funksignal ist ein seriell oder parallel codiertes Datenwort, das neben Informationen über den Füllstand auch Informationen über den Batteriezustand, den Zustand der Sensoren oder eine Anlagencodierung enthalten kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Füllständen in Tanks,
Behältern, Zisternen o. dgl. aus Kunststoff oder Glas gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 sowie eine Füllstandsmeß- und -anzeigevorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 18.
Öl-Heizungsanlagen in privaten Haushalten besitzen meist einen oder mehrere
Öl-Vorratstanks, deren Füllstände in regelmäßigen Zeitabständen überwacht
werden müssen. Dies erfolgt - bei in Kellerräumen aufgestellten, durchsichti
gen Kunststoff-Tanks - gewöhnlich durch einfache Sichtkontrolle, was jedoch
aufgrund der relativ großen Kontrollabstände leicht in Vergessenheit gerät. Der
Ölvorrat geht zur Neige, bevor eine neue Lieferung bestellt werden konnte.
Hinzu kommt, daß die Tank-Wandungen im Laufe der Zeit verschmutzen, so
daß der tatsächliche Füllstand kaum oder nur noch schwer erkennbar ist.
Für nicht zugängliche oder undurchsichtige Behälter hat man verschiedene
Meß- und Anzeigevorrichtungen entwickelt. Diese besitzen gewöhnlich Meß
sonden, Fühler, Schwingstäbe, Schwimmer o. dgl., die unmittelbar in die zu
überwachende Flüssigkeit eintauchen und ein von dem jeweiligen Flüssig
keitspegel abhängiges elektrisches Meßsignal erzeugen. Dieses wird an eine
Auswerte-Elektronik weitergeleitet, welche das Meßsignal verarbeitet und in
eine optische oder akustische Füllstandsanzeige umsetzt.
DE 43 34 663 A1 verwendet beispielsweise eine in die Flüssigkeit eintauchende
kapazitive Meßsonde, deren mit steigender Füllhöhe zunehmende Kapazität in
einer programmierbaren Meß- und Auswerteelektronik als Maß für den Füll
stand ausgewertet wird. Eine aus DE 297 11 489 U1 bekannte Füllstands
meßvorrichtung ist mit einem Tauchrohr versehen, das in den Behälter ragt. Am
oberen Ende des Tauchrohrs ist in einem Anschlußkopf eine Meßeinrichtung
mit kapazitiven oder piezoelektrischen Meßelementen vorgesehen, die einen
von außen einstellbaren Strom zwischen 0/4 und 20 mA als Maß für die Füll
standshöhe liefern.
Alle genannten Meß- und Anzeigevorrichtungen haben den Nachteil, daß der
Meßwertaufnehmer innerhalb des zu überwachenden Behälters installiert
werden muß, was relativ aufwendig und nicht selten mit Dichtungsproblemen
verbunden ist. Da insbesondere Öltanks oder Wasserzisternen gewöhnlich im
Erdreich versenkt oder in beengten Kellerräumen untergebracht sind, ist die
Meßvorrichtung oft kaum zugänglich; Wartung und Pflege lassen sich nur
bedingt durchführen. Hinzu kommt, daß die Betriebssicherheit und Zuverläs
sigkeit der Anlage von nur einem einzigen Meßwertaufnehmer abhängt. Fällt
dieser aus, ist eine Füllstandsüberwachung nicht mehr möglich. Die ohnehin
meist sehr teure Meßvorrichtung muß ausgetauscht werden. Dies ist jedoch - eben
so wie eine nachträgliche Installation - problematisch. Der Meßwertauf
nehmer muß in den oft kaum zugänglichen Behälter eingelassen werden und
gegenüber der zu überwachenden Flüssigkeit dauerhaft beständig sein. Eine
zuverlässige Abdichtung ist, je nach Alter der Tankanlage, nur schwer erreich
bar.
Ähnliche Schwierigkeiten bereiten Füllstandsmeßvorrichtungen, die mit Hilfe
von Druck-, Radar- oder Ultraschallquellen arbeiten. Die Kalibrierung der
Ausgangssignale, insbesondere bei nicht proportional er Abhängigkeit des
Behältervolumens von der Füllstandshöhe, ist nur anhand der jeweiligen
Tankdaten vom Hersteller über eine aufwendige Auswerte-Elektronik möglich.
Die nachträgliche Installation und Einrichtung durch einen Nicht-Fachmann
nahezu unmöglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Erfassen und
Anzeigen von Füllständen in Behältern aus Kunststoff oder Glas zu verein
fachen, insbesondere den dazu erforderlichen Installationsaufwand deutlich zu
verringern. Angestrebt wird eine dauerhaft zuverlässige Registrierung und eine
kontinuierliche Anzeige des Füllstandes. Eine hierzu geeignete Füllstands
meß- und -anzeigevorrichtung soll kostengünstig aufgebaut und einfach zu hand
haben sein. Sie soll ferner ohne besondere Fachkenntnisse problemlos auch
nachträglich bei beliebigen Behältern aus Kunststoff oder Glas installierbar sein
und eigene Betriebsstörungen selbständig erkennen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei welchem mittels einer
Meßwerterfassung ein von dem jeweiligen Füllstand eines flüssigen Mediums
abhängiges Füllstandssignal erzeugt wird, das an eine Auswerte- und Anzei
geeinheit weitergeleitet und von dieser in eine optische und/oder akustische
Füllstandsanzeige umgesetzt wird, wobei erfindungsgemäß der Füllstand des
Mediums von außen durch eine Tankwand des Tanks hindurch erfaßt wird und
wobei das Füllstandssignal per Funk über eine Funkstrecke an die Aus
werte- und Anzeigeeinheit weitergeleitet wird.
Bei einer Füllstandsmeß- und Anzeigevorrichtung für Tanks, Behälter, Zister
nen o. dgl. aus Kunststoff oder Glas mit einer Meßwerterfassung, die ein von
dem jeweiligen Füllstandspegel eines Mediums abhängiges elektrisches Meß
signal erzeugt, sowie mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit, die das Meß
signal in eine optische und/oder akustische Füllstandsanzeige (46) umsetzt,
sieht die Erfindung laut Anspruch 18 vor, daß die Meßwerterfassung wenigstens
zwei voneinander unabhängige Meßwertaufnehmer aufweist, die außen auf der
Tank- bzw. Behälterwand des Tanks angeordnet sind, und daß die Meß
werterfassung eine Auswerte-Elektronik aufweist, welche die von den Meß
wertaufnehmern erzeugten Meßsignale seriell abfragt und in ein Füllstands
signal umsetzt, das über eine Funkverbindung zwischen der Meßwerterfassung
und der Auswerte- und Anzeigeeinheit übertragbar ist.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 17 und
19 bis 33.
Die Erfindung ermöglicht auf überraschend einfache Weise die Übermittlung
des Füllstandes eines Kunststoff-Tanks oder eines Glasbehälters per Funk, so
daß eine nachträgliche Installation selbst durch einen Nicht-Fachmann jeder
zeit problemlos möglich ist. Das Medium, z. B. Öl, wird von außen durch die
Tankwand hindurch erfaßt, so daß weder ein Anbohren der Tankwand noch
sonstige aufwendige Ein- und Umbauarbeiten erforderlich sind. Die Vorrichtung
zeichnet sich zudem durch eine äußerst einfache und unkomplizierte Hand
habung aus. Insgesamt ist eine kostengünstige Ausführung aller Komponenten
möglich.
Durch die lineare Darstellung der zehn Sensoren (anstelle der Verwendung von
einfachen Schaltzuständen) wird eine Selbstüberwachung des Systems mög
lich. Dadurch ist ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb gewährleistet. Die
Anzeige-Einheit liefert eine einfache und übersichtliche Darstellung des Füll
standes.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht in der einfachen und
raschen Kalibrierung bzw. Linearisierung der Anzeige durch bloße Anordnung
der Sensoren. Es ist kein aufwendiger Rechenaufwand mehr erforderlich. Die
Umsetzung der Meßwerte in ein Füllstandssignal erfolgt ohne größeren
Stromverbrauch. Durch die Verwendung eines seriellcodierten Funksignals
lassen sich mehrere Informationen übertragen (z. B. Füllstand, Sensor-Ausfälle,
Batteriezustand, ein Anlagencode).
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Aus
führungsbeispielen.
Die in der einzigen Figur schematisch dargestellte Füllstandsmeß- und -an
zeigevorrichtung 10 ist für die Überwachung eines Kunststofftanks 12 mit
Ölfüllung konzipiert. Sie besitzt eine Meßwerterfassung 20 mit einer Anzahl
unabhängiger Meßwertaufnehmer 22, 23, 24, die zur Erfassung des Füllstandes
18 seitlich an einer Tankwand 14 befestigt sind. Die von den Meßwertaufneh
mern 22, 23, 24 erzeugten elektrischen Meßsignale werden von einer Aus
werte-Elektronik 30 erfaßt und zu einem Füllstandssignal verarbeitet. Dieses
wird mittels eines Senders 34 über eine Funkstrecke F an eine Auswerte- und
Anzeigeeinheit 40 weitergeleitet. Letztere hat einen geeigneten Empfänger 42
sowie eine Auswerte-Elektronik 44, die das empfangene Füllstandssignal
optischen und/oder akustischen Signalgebern 46, 50 zuordnet.
Der mit der Meßwerterfassung 20 versehene Tank 12 ist bevorzugt in einem
Keller- oder Lagerraum K aufgestellt und an eine (nicht dargestellte) Hei
zungsanlage angeschlossen. Die Stromversorgung für die Meßwerterfassung
20 erfolgt über eine (nicht gezeigte) Batterie, beispielsweise eine 9 V-Block
batterie. Ein Netzanschluß im Bereich des zu überwachenden Tanks 12 ist
folglich nicht notwendig.
Die Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 ist separat ausgebildet. Sie kann räum
lich getrennt von der Meßwerterfassung 20 an einem beliebigen Ort innerhalb
der Funkreichweite des Senders 34 der Meßwerterfassung 20 installiert sein,
beispielsweise in einem Keller-Vorraum V, in einer Garage oder im Wohn
bereich. Sie wird im Gegensatz zur Meßwerterfassung 20 über ein (nicht
gezeichnetes) Netzteil mit der erforderlichen Betriebsspannung versorgt, um
einen dauerhaften Anzeigebetrieb zu gewährleisten.
Jeder Meßwertaufnehmer 22, 23, 24 arbeitet nach dem Prinzip eines kapaziti
ven Näherungssensors und hat hierzu eine auf einer (nicht gezeigten) Leiter
platte ausgebildete Sensorfläche, die dicht an der Behälterwand 14 festlegbar
ist. Die Rückseite der Leiterplatte trägt eine (ebenfalls nicht dargestellte)
Schaltung in SMD-Technik, die ein von der kapazitiven Sensorfläche erzeugtes
Signal in Abhängigkeit vom Bedeckungsgrad der Sensorfläche mit Öl in einen
Strom- oder Frequenzwert umsetzt. Auf diese Weise wird das Öl bzw. der Öl
stand innerhalb des Behälters 12 von außen durch die Behälterwand 14 hin
durch erfaßt, ohne daß ein Eingriff in die Behälterwand 14 oder gar in den
Behälter 12 stattfinden muß. Ist ein Sensor 22, 23, 24 vollständig mit Öl be
deckt, ist das Ausgangssignal der zugeordneten SMD-Schaltung maximal. Ist
kein Öl in der Höhe des betreffenden Sensors 22, 23, 24 vorhanden, ist der
Signalausgang minimal. In Abhängigkeit von der Sensorbedeckung mit Öl wird
damit eine proportionale Signaländerung erzielt. Um eine Beeinträchtigung des
Meßsignals durch Umwelteinflüsse zu vermeiden, ist die Auswerte-Schaltung
zweckmäßig mit einer (nicht sichtbaren) Abschirmung versehen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Meßwerterfassung 20 ins
gesamt zehn einzelne Sensoren 22, 23, 24 auf. Diese bilden eine Sensorkette
und sind vertikal in einer Reihe außen auf der Behälterwand 14 des Öltanks 12
befestigt. Jeder Sensor 22, 23, 24 ist mit seiner SMD-Schaltung über eine
zweiadrige Verbindungsleitung 26 mit der Auswerte-Elektronik 30 der Meß
werterfassung 20 verbunden, die gemeinsam mit der Batterieversorgung in
einem eigenen (nicht dargestellten) Gehäuse an oder neben dem Tank 12
angeordnet sein kann. Die Installation der Vorrichtung ist damit denkbar ein
fach, da eine Verpolung der Anschlüsse für die Sensoren nicht möglich ist. Die
einzelnen Kabel der Verbindungsleitungen 26 können in beliebiger Polarität mit
der Auswerte-Elektronik 30 verbunden werden. Zusätzliche Versorgungslei
tungen oder -verbindungen sind nicht erforderlich, denn auch die Spannungs
versorgung der Sensoren 22, 23, 24 erfolgt über die Zweidrahtleitungen 26, die
gleichzeitig die Sensorzustände rückwärts an die Auswerte-Elektronik 30 über
tragen. Die Befestigung der Sensoren 22, 23, 24 erfolgt - ebenso wie die
Anbringung des Gehäuses der Auswerte-Elektronik 30 - zweckmäßig adhesiv,
d. h. mit einseitigem oder doppelseitigem Klebeband. Möglich ist aber auch die
Verwendung eines geeigneten Klebers. Der unterste Sensor 23 wird zweck
mäßig etwa 20 cm über dem Tankboden befestigt, so daß stets noch eine aus
reichende Restmenge an Öl im Tank 12 registriert werden kann, die ausreicht,
um eine Nachbestellung in Auftrag zu geben. Der oberste Sensor 24 sitzt je
nach Füllhöhe des Tanks 12 etwa 20 cm unter der Tankoberkante. Die übrigen
acht Sensoren 22 werden - sofern es sich um einen Öltank handelt, dessen
Füllmenge proportional zur Füllhöhe ist - in gleichen Höhenabständen zwi
schen dem obersten und dem untersten Sensor 23, 24 befestigt. Ist die Behäl
terwand 14 zur mechanischen Stabilitätserhöhung in der Tankmitte nach innen
zusammengeformt, kann man die Abstände der Sensoren 22 leicht variieren, so
daß man eine annähernd lineare Anzeige erreicht, ohne daß eine aufwendige
Umrechnung der Meßwerte erfolgen muß.
Die Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 besitzt als optischen Signalgeber 46 eine
bevorzugt vertikal ausgerichtete LED-Kette 47 mit insgesamt zehn einzelnen
LEDs 47, 48, 49. Jede LED 47, 48, 49 ist einem Sensor 22, 23, 24 an der
Tankwandung 14 zugeordnet, wobei die unterste LED 48 dem untersten Sensor
23 zugeordnet ist und damit einen sehr niedrigen Füllstand 18 anzeigt, während
die oberste LED 49 in Zuordnung zu dem obersten Sensor 24 den höchsten
Füllstand anzeigt. Die übrigen LEDs 47 geben Zwischenstände des Öls an.
Neben der optischen Füllstandsanzeige 46 ist eine zusätzliche Warneinrichtung
50 vorgesehen, die einen Summer 52 und/oder eine Warnleuchte 53 aufweisen
kann. Die Warneinrichtung 50 wird zweckmäßig immer dann aktiviert, wenn der
aktuelle Füllstand 18 im Öltank 12 einen vorgebbaren kritischen Grenzwert
unterschreitet oder wenn eine Störung des Meßbetriebs eingetreten ist. Um die
Lärmbelastung in Grenzen zu halten, kann man den Summer 52 intermittierend
betreiben oder ganz darauf verzichten. Die Warnleuchte 53 ist bevorzugt eine
LED, die im Warnzustand ein Blinklicht aussendet.
Bei einer Neuinstallation der Füllstandsmeß- und -anzeigevorrichtung 10
ordnet man zunächst einen Teil der Sensoren 22, 23, 24, z. B. 5 oder 6 Stück,
derart auf der Tankwand 14 an, daß jede einzelne Sensorfläche vollständig mit
Öl bedeckt ist. Die übrigen Sensoren werden jeweils in einem ölfreien Bereich
angeordnet, d. h. dort, wo sicher kein Ölstand vorhanden ist. Anschließend wird
von Hand ein Meßvorgang ausgelöst. Hierzu besitzt die Meßwerterfassung 20
einen Taster 32 oder Schalter, der durch kurze Betätigung ein geeignetes
Startsignal erzeugt. Alle zehn Sensoren 22, 23, 24 werden der Reihe nach für
eine definierte Zeit aktiviert, wobei jeder Sensor 22, 23, 24 ein individuelles
Meßsignal liefert. Diese werden von der Auswerte-Elektronik 30 erfaßt und in
einer vorgegebenen Reihenfolge in einem elektronischen Speicher 31 abgelegt.
Anschließend errechnet die Auswerte-Elektronik 30 aus den Meßwerten der
ölbedeckten Sensoren einen ersten Mittelwert, der als oberer Referenzwert für
einen ölbedeckten Sensor in dem Speicher 31 abgelegt wird. Aus den Meß
werten der ölfreien Sensoren wird ein zweiter Mittelwert gebildet und als unterer
Referenzwert für einen ölfreien Sensor gespeichert wird. Beiden Referenz
werten wird ein Toleranzbereich zugeordnet, um Meßsignal-Schwankungen
und Meßungenauigkeiten der Sensoren 22, 23, 24 berücksichtigen zu können.
Da die mit Öl bedeckten Sensoren ein sehr viel höheres Ausgangssignal liefern
als die ölfreien Sensoren, lassen sich letztere durch einfachen Vergleich der
ermittelten Meßwerte mit den Referenzwerten problemlos von den ölbedeckten
unterscheiden. Nach Abschluß der Referenzwert-Erfassung werden die Sen
soren 22, 23, 24 in ihre jeweiligen Endpositionen an der Behälterwand gebracht
und dort fixiert. Die Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 wird im Funkbereich des
Senders 34 plaziert und an die Netzversorgung angeschlossen.
Hat man die Meßwerterfassung 20 sowie die Auswerte- und Anzeigeeinheit 40
vollständig installiert, führt die Füllstandsmeß- und -anzeigevorrichtung 10 die
oben beschriebene Abfrage der Sensoren 22, 23, 24 in regelmäßigen Zeit
abständen selbsttätig durch. Die Auswerte-Elektronik 30 der Meßwerterfassung
20 ist dazu mit einem Niedrigstrom-Langzeittimer 36, z. B. einem CMOS-Timer,
ausgestattet, der nach einer definierbaren Zeit, beispielsweise einem Tag oder
einer Woche, die Meßwerterfassung 20 aktiviert. Alle zehn Sensoren 22, 23, 24
werden nacheinander für eine definierte Zeit angesteuert. Die sich aufgrund der
aktuellen Ölbedeckung einstellenden Meßwerte werden seriell abgefragt und
gespeichert. Gleichzeitig vergleicht die Auswerte-Elektronik 30 jeden Meßwert
einzeln mit den in dem Speicher 31 abgelegten Referenzwerten bzw. mit deren
Toleranzgrenzen und ordnet jedem Sensor 22, 23, 24 - je nach Ergebnis - einen
Abfragewert in Form eines digitalen Bits zu. Letztere werden zu einem
Füllstandssignal zusammengestellt und beispielsweise in Form eines seriellen
Codes über den Sender 34 an den Empfänger 42 der Auswerte- und Anzeige
einheit 40 funkübertragen. Die Auswerte-Elektronik 44 der Auswerte- und
Anzeigeeinheit 40 ordnet die Abfragewerte der einzelnen Sensoren 22, 23, 24
mit Hilfe einer logischen Verknüpfung den jeweils zugeordneten LEDs 47, 48,
49 des optischen Signalgebers 46 zu, so daß diese je nach Abfrageergebnis
aufleuchten oder erlöschen. Sind beispielsweise, wie in der Figur dargestellt,
die unteren sieben Sensoren vollständig mit Öl bedeckt, leuchten die unteren
sieben LEDs auf. Die übrigen LEDs bleiben dunkel. Bei einer linearen Anord
nung der Sensoren 22, 23, 24 und einer geeigneten Beschriftung der zehn
LEDs 47, 48, 49 von z. B. 10% bis 100% wäre der Tank somit zu 70% mit Öl
gefüllt. Eine Nachbestellung wäre mithin noch nicht erforderlich.
Das Füllstandssignal wird durch Vergleich der von den Meßwertaufnehmern 22,
23, 24 abgefragten Meßsignalen mit den in dem Speicher 31 abgelegten Mit
telwerten bzw. Toleranzwerten erzeugt, d. h. die Erstellung der Abfragewerte
erfolgt anhand der gespeicherten Referenzwerte und der festgelegten Tole
ranzgrenzen. Liegt das Meßsignal eines Sensors 22, 23, 24 innerhalb des
Toleranzbereichs des oberen Referenzwertes, so kann man mit hoher Sicher
heit davon ausgehen, daß die Sensorfläche vollständig mit Öl bedeckt ist und
damit unterhalb des Füllstands 18 liegt. Der entsprechende Abfragewert, z. B.
ein Bit, wäre auf "high" zu setzen. Liegt das Meßsignal eines Sensors 22, 23,
24 hingegen innerhalb des Toleranzbereichs des unteren Referenzwertes, wird
sich in der Nähe der Sensorfläche kein Öl befinden. Der Abfragewert würde auf
"low" gesetzt. Befindet sich der Meßwert zwischen dem oberen und dem unte
ren Referenzwert, wird die Sensorfläche nur teilweise oder halb mit Öl bedeckt
sein, da das Meßsignal linear von der Ölbedeckung abhängt. In diesem Fall
kann man sich entscheiden, ob man den festzulegenden Abfragewert auf "high"
oder auf "low" legt. Da die Überwachung in erster Linie eine rechtzeitige
Öl-Nachlieferung sichern soll, wird letzteres zu bevorzugen sein. Man kann aber
auch einen dritten Referenzwert festlegen, der eine Halbbedeckung der Sen
soren 22, 23, 24 berücksichtigt. Liegt ein Meßwert innerhalb eines diesbezüg
lich definierten Toleranzbereichs, könnte man die dem jeweiligen Sensor 22,
23, 24 zugeordnete LED 47, 48, 49 mit verminderter Helligkeit ansteuern.
Sämtliche Abfragewerte ergeben zusammengenommen ein Füllstandssignal,
das per Funk auf die LED-Anzeigekette 47 übertragen wird. Diese zeigt unmit
telbar den Füllstand 18 in dem zu überwachenden Tank 12 an, ohne daß Lei
tungen verlegt oder sonstige aufwendige Installationsmaßnahmen durchgeführt
werden müssen.
Durch die lineare Darstellung der zehn Sensoren 22, 23, 24 und die Festlegung
der Referenzwerte mit ihren Toleranzbereichen, ist sowohl eine Selbstüber
wachung des Systems als auch eine automatische Anpassung der Füllstands
meß- und -anzeigevorrichtung 10 an sich gegebenenfalls verändernde
Betriebsbedingungen möglich.
Liegt der Meßwert eines Sensors 22, 23, 24 über der oberen Toleranzgrenze
des oberen oder unterhalb der unteren Toleranzgrenze des unteren Referenz
wertes, ist der betreffende Sensor defekt. Um dies übermitteln und anzeigen zu
können, besitzt jeder Sensor neben dem zu erstellenden Abfragebit ein zusätz
liches Fehlerbit. Ist der betreffende Sensor defekt, wird das gewöhnlich auf
"Low" liegende Fehlerbit auf "high" gesetzt und an die Anzeige- und Auswer
teeinheit 40 übertragen. Dort löst die Auswerte-Elektronik 44 mit Hilfe der
Warneinrichtung 50 ein Alarmsignal aus, beispielsweise in Form eines Warn
tones (über den Summer 52) oder man läßt die dem betreffenden Sensor in der
LED-Kette 47 zugeordnete LED blinken. Gleiches ist möglich, wenn nur noch
ein oder maximal zwei Sensoren eine Ölbedeckung melden. Auch dieser
Zustand wird mittels eines weiteren Abfragewertes bzw. Abfragebits innerhalb
des Füllstandssignals an den Empfänger 42 der Abfrage- und Anzeigeeinheit
40 per Funk übermittelt und von der Auswerte-Elektronik 44 in ein Warnsignal
umgesetzt werden, sei es daß die betreffenden LEDs blinken, die Farbe
wechseln oder daß der Summer 52 bzw. die Warnleuchte 53 aktiviert wird.
Die Anpassung der Meß- und Auswerte-Elektronik der Füllstandsmeß- und -an
zeigevorrichtung 10 an sich verändernde Betriebsbedingungen erfolgt über
die Mittelwertbildung der Sensor-Meßwerte. Nach jedem Sensor-Abfrage-Zy
klus wird aus den Meßwerten der ölbedeckten Sensoren und aus den Meß
werten der ölfreien Sensoren jeweils ein oberer bzw. unterer Mittelwert gebildet
und mit dem in dem Speicher abgelegten oberen bzw. unteren Referenzwert
verglichen. Weicht ein aktueller Mittelwert mehr als ein zuvor festgelegtes Maß
(Toleranz) von dem entsprechenden Referenzwert ab, wird dieser in Richtung
der Abweichung um einen bestimmten Betrag verändert und als neuer Refe
renzwert gespeichert. Dadurch lassen sich beispielsweise unterschiedliche
Material konstanten des Kunststofftanks, die Verschmutzung der Behälterwand
oder die Alterung der Sensoren automatisch kompensieren bzw. anpassen.
Sowohl die Meßwerte der einzelnen Sensoren 22, 23, 24 als auch die Absolut
werte der errechneten Mittelwerte können somit innerhalb eines Funktions
bereichs schwanken, ohne das Meß- bzw. Anzeigeergebnis zu beeinträchtigen.
Die Füllstandsmeß- und -anzeigevorrichtung 10 arbeitet stets dauerhaft
zuverlässig.
Da sich die Füllstände von Öltanks in Privathaushalten nur sehr langsam
ändern, reicht eine Durchführung des Meß- und Anzeigezyklus pro Tag oder
Woche aus. Wichtig ist allerdings, daß sich der regelmäßig wiederkehrende
Meßzeitpunkt verschiebt, indem man beispielsweise alle 23 oder 47 Stunden
eine Messung durchführt. Tageszeitliche Störungen, die immer zur gleichen
Zeit auftreten, werden dadurch ausgeblendet. Erst wenn in Folge von z. B. drei
Messungen hintereinander keine Meldung den Empfänger erreicht hat, erfolgt
ein Warnsignal über die Warneinrichtung 50, die zu diesem Zweck entweder die
vorhandenen Warnsignale 52, 53 nutzt oder mit einer weiteren optischen oder
akustischen Anzeige ausgestattet sein kann.
Der verwendete CMOS-Langzeittimer 36 und die einzelnen Sensoren 22, 23,
24 mit ihren SMD-Schaltungen sind derart konzipiert, daß ihre Stromaufnahme
minimal ist. Setzt man - wie vorgesehen - die Auswerte-Elektronik 30 und den
Sender 34 der Meßwerterfassung 20 nur punktuell ein und fragt die einzelnen
Sensoren kurzzeitig seriell hintereinander ab, ist der Stromverbrauch insgesamt
minimal. Der Batteriebetrieb der Meßwerterfassung 20 ist somit selbst über
einen längeren Zeitraum problemlos möglich. Eine Netzversorgung ist nicht
erforderlich, was die Installation des Systems erheblich erleichtert. Möglich ist
auch eine parallele Abfrage der Sensoren, was jedoch den Stromverbrauch
erhöht und somit die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt. Um den Zustand
der Batterie feststellen zu können, kann man während der seriellen oder paral
lelen Sensorabfrage durch die Auswerte-Elektronik 30 die Batteriespannung
messen und über einen oder mehrere weitere Abfragewerte (Bits) per Funk an
die Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 übermitteln. Aufgrund der durch die
Sensorabfrage erzielten gleichmäßig niedrigen Belastung der Batterie erhält
man ein äußerst zuverlässiges und batterieschonendes Meßergebnis. Die
Anzeige der Batteriespannung kann beispielsweise mittels der LED-Kette 47
der Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 erfolgen. Möglich ist aber auch die Ver
wendung einer zusätzlichen LED, welche die Spannungszustände (noch aus
reichend oder nicht mehr ausreichend) durch unterschiedliche Farben anzeigt.
Um die Anlageninstallation weiter zu vereinfachen, kann man die LED-Kette 47
der Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 als Pegelanzeige für die Funkverbindung
verwenden. Der Sender wird für eine bestimmbare Zeit auf Dauerbetrieb
geschaltet. Je nach Qualität der Funkübertragung werden alle oder nur wenige
LEDs angesteuert. Auf diese Weise findet man rasch den besten Empfangsort
für den Empfänger 42 der Auswerte- und Anzeigeeinheit 40. Zur Auslösung
des Empfangsstärkensignals verwendet man zweckmäßig den der Auswerte-Elek
tronik 30 der Meßwerterfassung 20 zugeordneten Taster 32, der beispiels
weise mehrere Sekunden lang gedrückt gehalten werden muß, um den Start
vorgang für die Durchführung eines Meßzyklus zu unterscheiden. Letzterer
kann durch die Betätigung des Tasters 32 jederzeit ausgelöst werden, was
insbesondere dann gewünscht ist, wenn der Öltank frisch gefüllt wurde, die
Aktualisierung der Anzeige 46 jedoch erst zu einem späteren Zeitpunkt routi
nemäßig erfolgt.
Jede Füllstandsmeß- und -anzeigevorrichtung wird ab Werk mit einer Anla
gencodierung ausgestattet, die im Codierten Datenwort an den Empfänger 42
der Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 mit übertragen wird. Der Empfänger 42
ist zudem lernfähig, so daß zusammen mit einer Meßwerterfassung 20 mehrere
Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 eingesetzt werden können, die alle auf das
Codewort des Senders 31 reagieren.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen be
schränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So kann man sowohl das
Verfahren als auch die Vorrichtung für beliebige Medien wie z. B. Öl, Wasser,
flüssiges Gas oder Benzin einsetzen. Konstruktiv kann man den Starttaster 32
in der Auswerte- und Anzeigeeinheit 40 vorsehen, wobei diese mit einem
eigenen Sender und die Meßwerterfassung 20 mit einem eigenen Empfänger
auszustatten ist. Anstelle der kapazitiven Näherungssensoren ist die Verwen
dung anderer Sensoren möglich, beispielsweise Leitfähigkeitsmesser, Druck
aufnehmer, optische Sensoren oder akustische bzw. Radar-Entfernungsmes
ser. Ferner besteht die Möglichkeit, einen weiteren speziell ausgebildeten
Sensor mit einem Abstandhalter auf dem Boden des Tanklagerraums K anzu
bringen. Bei einem nicht vorgesehenen Ölaustritt aus dem Tank würde der
Sensor spätestens nach einem Ölkontakt aktiviert. Über die Auswerte- und
Anzeigeeinheit 40 könnte ein Alarm ausgelöst werden. In der einfachsten Form
wäre der Sensor als doppelseitige Leiterplatte ausgebildet. Die Unterseite wird
vollständig mit Kupfer überzogen und unmittelbar über dem Boden angeordnet.
Auf der Oberseite der Leiterplatte würde man die Auswerte-Schaltung in
SMD-Technik aufbringen, die ein geeignetes Meßsignal an die Auswerte-Elektronik
30 der Meßwerterfassung liefern würde.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor
gehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten,
räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als
auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
F Funkstrecke
K Kellerraum
V Keller-Vorraum
K Kellerraum
V Keller-Vorraum
10
Füllstandsmeß- und -anzeigevorrichtung
12
Tank
14
Tankwand
16
Ölfüllung
18
Füllstand
20
Meßwerterfassung
22
Meßwertaufnehmer/Sensoren
23
unterster Sensor
24
oberster Sensor
26
Verbindungsleitung
30
Auswerte-Elektronik
31
Sender
32
Taster/Schalter
34
Sender
36
Langzeittimer
40
Auswerte- und Anzeigeeinheit
42
Empfänger
44
Auswerte-Elektronik
46
optischer Signalgeber
47
LED-Kette
48
unterste LED
49
oberste LED
50
Warneinrichtung
52
akustischer Signalgeber/Summer
53
Warnleuchte/LED
Claims (33)
1. Verfahren zur Überwachung von Füllständen in Tanks (12), Behältern,
Zisternen o. dgl. aus Kunststoff oder Glas, bei welchem mittels einer Meß
werterfassung (20) ein von dem jeweiligen Füllstand (18) eines flüssigen
Mediums (16) abhängiges Füllstandssignal erzeugt wird, das an eine
Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) weitergeleitet und von dieser in eine
optische und/oder akustische Füllstandsanzeige (46) umgesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstand des Mediums (16)
von außen durch eine Tankwand (14) des Tanks (12) hindurch erfaßt wird
und daß das Füllstandssignal per Funk über eine Funkstrecke (F) an die
Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) weitergeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßwerterfassung (20) unabhängig von der Auswerte- und Anzeigeein
heit (40) batteriebetrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Füllstandssignal mittels wenigstens zwei unabhängiger Meßwertaufneh
mer (22, 23, 24) erzeugt wird, die außen auf der Tankwand (14) befestigt
sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) in Abhängigkeit vom Bedeckungsgrad
einer zugeordneten Sensorfläche mit dem Medium (16) ein elektronisches
Meßsignal erzeugt und daß dieses in einen Strom- oder Frequenzwert
umsetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) in vorgebbaren Zeitabständen
seriell aktiviert und abgefragt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) in vorgebbaren Zeitabständen
parallel aktiviert und abgefragt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die von den Meßwertaufnehmern (22, 23,
24) abgefragten Meßsignale in einer vorgebbaren Reihenfolge in einem
elektronischen Speicher (31) abgelegt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß aus Meßwerten von Meßwertaufnehmern
(22, 23, 24), deren Sensorflächen vollständig unterhalb des Füllstandes
(18) liegen, ein erster Mittelwert gebildet wird und daß aus Meßwerten von
Meßwertaufnehmern (22, 23, 24), deren Sensorflächen vollständig ober
halb des Füllstandes (18) liegen, ein zweiter Mittelwert gebildet wird,
wobei die Mittelwerte in dem Speicher (31) abgelegt werden und wobei
jedem Mittelwert ein Toleranzbereich zugeordnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Mittelwert nach jedem Abfrage-Zyklus mit dem bereits gespeicherten Wert
verglichen wird und daß im Falle einer Abweichung, die größer ist als ein
vorgebbarer Grenzwert, eine Korrektur des bereits gespeicherten Mittel
wertes in Richtung der Abweichung um einen vorgebbaren Betrag erfolgt,
wobei der korrigierte Mittelwert anstelle des alten in dem Speicher (31)
abgelegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Füllstandssignal durch Vergleich der
von den Meßwertaufnehmern (22, 23, 24) abgefragten Meßsignalen mit
den in dem Speicher (31) abgelegten Mittelwerten erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
Füllstandssignal ein seriell codiertes Datenwort ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für
jeden Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) ein Abfragebit und ein Fehlerbit
erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Füllstandssignal eine Codierung, z. B. eine Anlagencodierung,
umfaßt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Füllstand (18) mittels einer LED-Kette
(47) dargestellt wird, wobei jeder LED der Kette (47) ein Meßwertaufneh
mer (22, 23, 24) zugeordnet ist.
15. Verfahren nach Anspruche 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
LED-Kette (47) als Pegelanzeige für die Funkverbindung zwischen der
Meßwerterfassung (20) und der Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) ver
wendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß während des Betriebs der Meßwerterfas
sung (20) der Batteriezustand ermittelt, ausgewertet und über das serielle
oder parallele Datenwort an die Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) über
tragen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
LED-Kette (47) als Pegelanzeige für den Batteriezustand verwendet wird.
18. Füllstandsmeß- und Anzeigevorrichtung (10) für Tanks (12), Behälter, Zi
sternen o. dgl. aus Kunststoff oder Glas mit einer Meßwerterfassung (20),
die ein von dem jeweiligen Füllstandspegel eines Mediums (16) abhän
giges elektrisches Meßsignal erzeugt sowie mit einer Auswerte- und
Anzeigeeinheit (40), die das Meßsignal in eine optische und/oder akusti
sche Füllstandsanzeige (46) umsetzt, insbesondere zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet,
- a) daß die Meßwerterfassung (20) wenigstens zwei voneinander unabhängige Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) aufweist,
- b) daß die Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) außen auf der Tank- bzw. Behälterwand (14) des Tanks (12) angeordnet sind,
- c) daß die Meßwerterfassung (20) eine Auswerte-Elektronik (30) auf weist, welche die von den Meßwertaufnehmern (22, 23, 24) erzeug ten Meßsignale abfragt und in ein Füllstandssignal umsetzt und
- d) daß zwischen der Meßwerterfassung (20) und der Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) eine Funkverbindung (34, 42) zur Übertragung des Füllstandssignals vorhanden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßwerterfassung (20) batterie- oder akkubetrieben ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet,
daß die Funkverbindung (34, 42) einen Sender (34) und einen Empfänger
(42) aufweist, wobei der Sender (34) der Meßwerterfassung (20) und der
Empfänger (42) der Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) zugeordnet ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßwerterfassung (20) einen Niedrig
strom-Langzeittimer aufweist, der die Abfrage der Meßwertaufnehmer
(22, 23, 24) durch die Auswerte-Elektronik (30) in einem definierbaren
Zeitabstand aktiviert.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zeitabstand eine ungeradzahlige Stundenzahl umfaßt.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß das Füllstandssignal ein seriell codiertes
Datenwort ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß
das Füllstandssignal Informationen über den Füllstand, den Sensor
zustand, den Batteriezustand und/oder eine Codierung enthält.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, daß die optische Füllstandsanzeige (46) eine
LED-Kette (47) ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß
jedem Sensor (22, 23, 24) eine LED (47, 48, 49) zugeordnet ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) zur
Ansteuerung der LED-Kette (47) eine Auswerte-Elektronik (44) aufweist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auswerte- und Anzeigeeinheit (40) wenigstens eine Warneinrichtung (50)
aufweist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der optischen Füllstandsanzeige (46) die
Pegelstärke der Funkverbindung (34, 42) darstellbar ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) vertikal
in einer Reihe angeordnet sind.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) kapazi
tive Näherungssensoren sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) an der
Tankwand (14) adhesiv befestigt sind, z. B. mittels Klebeband oder Kleber.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Meßwertaufnehmer (22, 23, 24) über
eine Zweidrahtleitung (26) mit der Auswerte-Elektronik (30) der Meß
werterfassung (20) verbunden ist.
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