DE2601279C3 - Flüssigkeitsniveausensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ein ferromagnetisches Fluid verwendenden Flüssigkeiisniveausensor.

In der Technik stehen zur Zeit verschiedene Formen von Flüssigkeitsniveausensoren mit schwimmerbetätigten Mechanismen zur Verfugung. Bei einem derartigen Sensor ist ein ringförmiges Glied koaxial um ein zylindrisches Glied angeordnet. Das ringförmige oder das zylindrische Glied kann so mechanisch festgelegt werden, daß sich das andere Glied frei gegenüber dem festgelegten Glied bewegen kann. Die gesamte Vorrichtung wird dann in der Flüssigkeit untergetaucht, deren Niveau gemessen werden soll. Das feststehende Glied bleibt unabhängig vom Flüssigkeitsniveau stationär. Das andere Glied schwimmt jedoch in der Weise. daß sich die gegenseitigen Lagen der beiden Glieder ändern, wobei diese Veränderungen als Anzeige für das Flüssigkeilsniveau ermittelt werden. Weil sich die beiden Glieder gegeneinander bewegen müssen, muß dazwischen ein Spiel vorhanden sein. Dies erzeugt bei ^M niedrigen Temperaturen ein Problem, da die Flüssigkeit, deren Niveau gemessen wird, den Zwischenraum zwischen den beiden Gliedern füllt und weil die Flüssigkeit dazu neigt, bei niedrigen Temperaturen dickflüssig zu werden, wodurch die gegenseitige Bewegung der beiden Glieder behindert wird. Das Festklebeproblem bei niedrigen Temperaturen kann durch Vergrößern des Abstands zwischen den beiden Gliedern teilweise vermindert werden. Aus dem vergrößerten Abstand ergeben sich jedoch Nachteile. Zum Beisspiel wird die Genauigkeit des Sensors vermindert, da der größere Abstand einen größeren Spielraum für die Querbewegung zwischen den beiden Gliedern zuläßt, so daß die Wiederholbarkeit von Messungen beträchtlich vermindert wird. Auch erfordert der vergrößerte Abstand bei Sensoren mit Magneten und einem Magnetkreis einen viel stärkeren Magneten, wobei die Genauigkeit der Vorrichtung wegen der erhöhten Streuung des Magnetfelds vermindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsniveausensor zu schaffen, der die oben aufgezählten Probleme vermindert. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der bekannten Bauart derartiger Flüssigkeitsniveausensoren mit einem Schwimmer, einem Magneten und einem Gehäuse, wobei der Magnet und das Gehäuse so angeordnet sind, daß sie nut Spiel gegeneinander bewegbar sind und mit einer vom Gehäuse getragenen Fülleinrichtung, die ein für die gegenseitige Lage des Gehäuses und des Magneten repräsentatives Signal liefert und besteht darin, bei einem Flüssigkeitsniveausensor dieser Bauart in dem Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Magneten ein ferromagnetisches Fluid anzuordn- n. das vom Magnetfeld des Magt.cten festgehalten wird. Hierbei wird durch das ferromagnetische Fluid ein Eindringen der Flüssigkeit, in der Niveau gemessen werden soll, in den Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Magneten verhindert. Da djs Fluid ferromagnetisch ist. wird es im Zwischenraum zwischen den beiden Gliedern vom Magnetfeld des Ringmagneten gehalten. 1 in forroin.i gnetisches Fluid ist eine kolloidale Suspension von Ferritteilchen in einer geeigneten Trägerlösung. Die Trägerlösung ist in tvpischer Weise ein Dielektrikum, etwa Kerosen Das Fluid wirkt demnach als hervoT.i gendes Schmiermittel. Fiine ins einzelne gehende Beschreibung derartiger Fluid? find·, t sich in einem Artikel mit dem Titel »Magnetic Fluids« von R. E. Roscnswcig. S. 48 bis 5b. in International Science and Technology. |uli l%b. Der Zwischenraum zwischen dem Ringmagneten und dem /vlindcr kann sehr klein gehalten werden, da das ferromagnetische Fluid als Schmiermittel zwischen den beiden sich gegeneinander bewegenden Gliedern wirkt. Die Genauigkeit der Vorrichtung wird daher betrachtlich crhtiht. Da das ferromagnetische Fluid so gewählt ist. daß es bei niedrigen Temperaturen eine angemessene Viskosität aufweist, wird auch das oben genannte Fcslklebepro blem völlig beseitigt. Es ist jedoch zu beachten, daß das ferromagnetische Fluid nicht in dem Fluid löslich ist. dessen Niveau gemessen wird, oder nicht mit diesem Fluid reagiert.

Kurz zusammengefaßt ist die Erfindung auf einen ein ferromagnetisches Fluid verwendenden Flüssigkeitsniveausensor gerichtet. Die magnetischen Eigenschaften des Fluids werden in einem ein Ausgangssignal erzeugenden Magnetkreis verwendet und sind auch beim mechanischen Betrieb des Sensors von Nutzen. Die magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Fluids dienen daher beim erfindungsgemäßen Sensor einem zweifachen Zweck.

Die Erfindung wird anhand der Figur beschrieben.

Die in der Figur dargestellte bevorzugte Ausfüh* rungsform enthält ein geschlossenes zylindrisches Gehäuse 11, das innerhalb eines Rings oder Ringmagne* len 12 koaxial angeordnet ist. Das Gehäuse 11 und der

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Ringmagnet 12 können sich frei gegeneinander bewegen. Die gegenseitige Bewegung wird von Flanschen 13 bzw. 14 begrenzt, die an den Enden des Gehäuses 11 angeordnet sind und das Gehäuse 11 innerhalb des Ringmagneten 12 halten.

Der Abstand zwischen dem Gehäuse 11 und dem Ringmagneten 12 ist mit einem ferromagnetischen Fluid 21 gefüllt. Das Fluid 21 dient daher als Schmiermittel, um die gegenseitige Bewegung des Gehäuses 11 und des Ringmagneten 12 zu unterstützen, und verhindert auch eine Querbewegung der beiden Glieder, so daß die Genauigkeit der Vorrichtung ziemlich hoch ist. Der Ringmantel 12 ist ein Permanentmagnet Das Fluid 21 wird daher innerhalb des Abstands vom Magnetfluß des Ringmagneten gehalten. Wenn eine gegenseitige Bewegung zwischen dem Ringmagneten 12 und dem Gehäuse 11 auftritt, bewegt sich demnach das ferromagnetische Fluid 21 zusammen mit dem Ringmagneten. Ein ferromagnetisches Fluid ist bekanntlich eine kolloidale Suspension von submikronischen Ferritteilchen in einer geeigneten Tragerlosung Derartige Fluide verhalten sich unter allen Bedingungen wie Fluide an sich. Wegen der Ferritteilchen sprechen die ferromagnetischen Fluide jedoch auf Magnetfelder an.

Im Gehäuse 11 ist eine Fühieinrichtung eingeschlossen, so daß die gegenseitige Lage des Ringmagneten 12 zum Gehäuse 11 abgefühlt wird. Die Fühleinrichtung kann beispielsweise eine Wicklung 16 enthalten, die koaxial innerhalb des Gehäuses Il angeordnet .st. Die Wicklung 11 ist mit drei Leitungen 17. 18 und IS versehen. Zur Erzeugung eines Magnetfelds für die Wicklung 16 kann eine geeignete Wechselstrom- oder Gleichs'.romenergiequelle verwendet werden. Wenn sich der Ringmagnet 12 gegenüber dem Gehäuse 11 und der Wicklung 16 bewegt, wird demnach das Magnetfeld der Wicklung geändert. Diese Änderung kann über die Leitungen 17, 18 und 19 ermittelt werden, was eine Anzeige für die gegenseitige Lage der beiden Glieder ergibt Beispielsweise kann die Leitung 19. die eine mittige Anzapiung der Wicklung 16 darstellt, geerdet scm. Wenn der Ringmagnet 12 seine Lage gegenüber der geerdeten Leitung verändert, ist folglich die Polarität oder die Größe des über die Leitungen 18 und 19 vorhandenen Signals demnach ein Maß für den Ort des Ringmagneten 12 gegenüber der mittigen Anzapfung 19.

Die Leitungen 17,18 und 19 können an jede geeignete Ermittlungsschaltung angeschlossen werden, etwa an Differenzumformer oder ein Brückennetzwerk, um unmittelbar die Lage des Ringmagneten 12 gegenüber der mittigen Anzapfung 19 anzugeben. Bei Bedarf kann auch eine weitere magnetische Ermittlungseinrichtung verwendet werden, beispielsweise magnetisch ansprechende Zungenschalter, Halleffekt Schalter und weitere anzeigende Einrichtungen.

Im Betrieb ist der gesamte Sensor in der Flüssigkeit untergetaucht, deren Niveau gemessen werden soll. Es ist entweder das Gehäuse 11 oder der Ringmagnet 12 dauernd im Flüssigkeitsbehälter befestigt, so daß zwischen dem festgelegten Glied und dem Flüssigkeitsbehälter keine gegenseitige Bewegung auftreten kann. Das andere Glied kann sich frei gegenüber dem festgelegten Glied bewegen und schwimmt in der Flüssigkeit entsprechend deren Niveau. Beispielsweise kann sich das Gehäuse 11 frei geradlinig gegenüber dem Ringmagneten 12 bewegen, wenn der ngmagnet 12 im flüssigkeitsbehälter lestgelegt ist Demn; _t-h bestimmt das Flüssigkeitsniveau die Lage des Gehäuses Ii gegenüber dem Ringmagneten 12. wobei diese Lage eine unmittelbare Angabe für das Flussigkeitsniveau im Flüssigke.sbehälter ist. Wenn sich das Flüssigkeitsni veau verändert, ändert sich die gegenseitige Lage des Gehäuses 11 und des Ringmagneten 12. wodurch das Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitsbehälter unmittelbar angezeigt wird.

Wegen der magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Fluids 21 im Abstand zwischen dem Gehäuse 11 und dem Ringmagneten 12 bewegt sich das Fluid 21 bei einer gegenseitigen Bewegung der beiden Glieder mit dem Ringmagneten 12. wodurch es innerhalb des Abstands verbleibt. Das Vorhandensein des ferromagnetischen Fluids innerhalb de^ Abstands verhindert das Eintreten der Flüssigkeit, deren Niveau gemessen wird, in den Zwischenraun, so daß das Festklebeproblem bei durch temperaturveränderungsbedingten Viskositätsveränderungen im wesentlichen beseitigt ist. Wegen des Vorhandenseins des Fluids 21 kann auch der Abstand verhältnismäßig klein gemacht werden, so daß die gegenseitige Querbewegung des Gehäuses 11 des Ringmagneten 12 wesentlich vermindert ist und eine stark verbesserte Wiederholbarkeit von Messungen erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

26 Ol Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsniveausensor mit einem Schwimmer, einem Magneten und einem Gehäuse, wobei der Magnet und das Gehäuse so angeordnet sind, daß sie mit Spiel gegeneinander bewegbar sind, und mit einer vom Gehäuse getragenen Fühleinrichtung, die ein für die gegenseitige Lage des Gehäuses und des Magneten repräsentatives Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Spalt zwischen dem Gehäuse (11) und dem Magneten (12) ein ferromagetisches Fluid befindet, das vom Magnetfeld des Magneten (12) festgehalten wird.

2. Flüssigkeitsniveausensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) zylindrisch ist, und daß der Magnet (12) ein in der Weise koaxial zum Gehäuse (1!) angeordneter Ring ist, daß eine gegenseitige Bewegung des Gehäuses (11) und des fviagneten (12) entlang der Längsachse ^o des Gehäuses (11) stattfindet.

J. Flüssigkeitsniveausensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (16—19) eine in der Weise koaxial zum Gehäuse (11) angeordnete Wicklung (16) aufweist, daß eine gegenseitige Bewegung des Gehäuses (11) und des Magneten (12) die magnetischen Eigenschaften der Wicklung (11) zur Lieferung eines für die gegenseitige Bewegung repräsentativen Ausgangssignals verändert.

4. Flüssigk' itsniveausensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (16) eine mittig geerdete Anzapfung aufweist.

5. Flüssigkeitsniveausensor nach Anspruch 1 und

2. dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (16— 19) einen vom Magnetfeld abhängigen Schalter aufweist.