DE2649075A1

DE2649075A1 - Verfahren und anordnung zur messung des fuellstandes in einem behaelter bzw. der schuettguthoehe auf einem lagerplatz

Info

Publication number: DE2649075A1
Application number: DE19762649075
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: GH Endress and Co
Current assignee: GH Endress and Co
Priority date: 1976-06-09
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-12-15
Also published as: NO772000L; FR2354542B1; CA1102441A; NO145739B; IT1065592B; NO145739C; DE2649075C3; JPS584971B2; FI63636C; JPS52151051A; DE2649075B2; BE855486A; FI771725A; GB1587617A; DD131671A5; NL7702729A; CH607002A5; FR2354542A1; FI63636B; DK253477A

Description

Patentanwälte

DipL-lng. DIpl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19 λ-» / _Λ λ π r-

8 München 60

G. H. Endress & Co. 28. Oktober 1976

Kluserstraße 37

4000 BASEL /Schweiz

Unser Zeichen; E 876

Verfahren und Anordnung zur Messung des Füllstandes in einem Behälter bzw. der Schüttguthöhe auf einem Lagerplatz.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Füllstandes in einem Behälter bzw. der Schüttguthöhe auf einem Lagerplatz nach dem Echolotprinzip durch Messung der Gesamtlaufzeit eines auf die Oberfläche des Füllgutes bzw. des Schüttgutes gerichteten Schall- oder Ultraschallimpulses und des von der Oberfläche des Füllgutes bzw. Schüttgutes reflektierten Echoimpulses, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, dass solche Echolot-Messverfahren sowohl für die Füllstandsmessung in offenen und geschlossenen Behältern als auch für die Messung der Schüttguthöhe auf Lagerplätzen Verwendung finden. Der Einfachheit halber wird nachfolgend stets beispielshalber von der Füllstandsmessung in einem Behälter die Rede sein.

Die bekannten Verfahren dieser Art werden gewöhnlich mit Anordnungen durchgeführt, die einen von einem elektrischen Impulsgenerator erregten elektro-akustischen Sendewandler

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und einem mit einer elektronischen Zeitmessanordnung verbundenen akusto-elektrischen Empfangswandler enthalten, wobei der Sendewandler und der Empfangswandler oberhalb des Füllgutes in dem Behälter montiert sind. Der Sendewandler und der Empfangswandler können auch zusammenfallen. Der Sendewandler sendet einen Schall- oder Ultraschallimpuls aus, dessen Dauer möglichst kurz gegen die kürzeste vorkommende Gesamtlaufzeit ist (die dem höchsten Füllstand im Behälter entspricht). Der Sendeimpuls trifft auf die Oberfläche des Füllgutes, von der ein Bruchteil der ausgesendeten Energie als Echoimpuls reflektiert wird, der zum Empfangswandler zurückkehrt. Eine Zeitmessanordnung misst die Zeitspanne zwischen dem Beginn der Aussendung des Sendeitnpulses und dem Beginn des Empfangs des Echoimpulses. Diese Zeitspanne entspricht der Gesamtlaufzeit der Impulse vom Sendewandler zur Oberfläche des Füllgutes und zurück zum Empfangswandler und ist ein Mass für die von den Impulsen zurückgelegte Strecke, da die Schallgeschwindigkeit bekannt ist. Wenn sich die beiden Wandler auf der gleichen Höhe befinden (oder zu einem einzigen Wandler zusammengefasst sind), ist diese Gesamtstrecke gleich dem doppelten Abstand zwischen den Wandlern und der Oberfläche des Füllgutes. Da andererseits der Abstand der Wandler vom Boden des Behälters bekannt ist, kann daraus der Füllstand im Behälter berechnet werden.

Bei diesen bekannten Verfahren und Anordnungen besteht eine erhebliche Gefahr für Fehlmesaungen, wenn im Behälter Stör-

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- t- G

impulse auftreten können, die zum Empfangswandler gelangen und von diesem als Echoimpulse ausgewertet werden. Wenn nach der Aussendung eines Sendeimpulses ein solcher Störimpuls am Empfangswandler eintrifft, bevor der richtige Echoimpuls ankommt, wird eine zu kurze Zeitspanne gemessen und demzufolge ein zu hoher Füllstand angezeigt. Die Gefahr des Auftretens solcher Störimpulse ist besonders dann gross, wenn die Messung des Füllstandes während der Befüllung oder der Entleerung des Behälters durchgeführt wird. Dies ist insbesondere für die Steuerung von automatischen Befüllungs- und Entleerungsvorgängen notwendig, um die Befüllung beim Erreichen eines bestimmten maximalen Füllstandes zu beenden oder während der Entleerung beim Erreichen eines bestimmten minimalen Füllstandes wieder einzuleiten. Bei diesen Vorgängen entsteht gewöhnlich ein beträchtlicher Lärmpegel, der Störimpulse verursachen kann, welche zu der, zuvor geschilderten Fehlmessung führen. Da die Fehlmessung stets einen zu hohen Füllstand anzeigt, hat dies zur Folge, dass die Beschickung des -Behälters vorzeitig beendet wird, bevor der gewünschte maximale Füllstand erreicht ist, oder dass beim Entleeren die Beschickung nicht wieder in Gang gesetzt wird, obwohl bereits der zulässige minimale Füllstand unterschritten ist.

Die Wahrscheinlichkeit des Eintreffens von Störimpulsen am Empfangswandler ist offensichtlich umso grosser, je grosser die Zeitspanne zwischen dem Sende- und dem Empfangsimpuls ist, je niedriger also der Füllstand ist. Andererseits ist aber

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auch der beim Füllvorgang erzeugte Lärmpegel umso grosser, je niedriger der Füllstand ist, weil dann das Füllgut eine grossere Fallhöhe hat. Somit besteht gerade bei niedrigem Füllstand eine erhöhte Gefahr von Fehlmessungen, welche die Anzeige eines zu hohen Füllstandes zur Folge haben.

Diese Erscheinung wird umso stärker wirksam, je grosser die Höhe des Behälters ist. Der am Empfangswandler ankommende Bruchteil der Sendeenergie ist nämlich umso kleiner, je grosser die vom Sendeimpuls und vom Echoimpuls zurückgelegte Strecke ist. Die Empfindlichkeit des Empfangswandlers und der daran angeschlossenen Schaltungen muss so bemessen sein, dass auch bei der grössten vorkommenden Laufzeit, d.h. beim niedrigsten vorkommenden Füllstand, der Echoirapuls noch mit Sicherheit ausgewertet werden kann. Je grosser diese Empfindlichkeit ist, umso grosser ist aber auch die Gefahr des Ansprechens auf Störimpulse. Um eine zu grosse Empfindlichkeit auf der Empfangsseite zu vermeiden, wendet man eine möglichst grosse Impulsenergie auf der Sendeseite an. Wegen der kurzen Dauer der Sendeimpulse bedeutet dies, dass sie eine grosse Energiedichte pro Zeiteinheit aufweisen. Die Aussendung von Schallimpulsen grosser Energiedichte erfordert wiederum einen beträchtlichen Aufwand auf der Sendeseite.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Anordnung zur Messung des Füllstandes in einem Behälter bzw. der Schüttguthöhe auf Lagerplätzen nach dem Echclotprinzip,

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bei dem die Gefahr von Fehlmessungen infolge von durch den Lärmpegel verursachten Störimpulsen weitgehend ausgeschaltet ist und die Messung mit verhältnismässig geringer Energiedichte der Sendeimpulse durchführbar ist»

Bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht; dass ein Schall- oder Ultraschallimpuls ausgesendet wird, dessen Dauer wenigstens gleich der dem niedrigsten vorkommenden Füllstand entsprechenden Gesamtlaufzeit ist, und dass als Mass für den Füllstand die Zeitspanne zwischen dem Ende des Sendeimpulses und dem Ende des Echoimpulses gemessen wird.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird mit verhältnismässig langen Impulsen gearbeitet, deren Dauer so gross ist, dass auch bei der grössten vorkommenden Gesamtlaufzeit, d.h. dem niedrigsten vorkommenden Füllstand, der Empfang des Echoimpulses beginnt, bevor die Aussendung des Sendeimpulses beendet ist. Der Echoimpuls hat die gleiche Dauer wie der Sendeimpuls, er kommt aber am Empfangswandler mit einer zeitlichen Versetzung an, die der zu messenden Gesamtlaufzeit entspricht. Demzufolge ist auch der Zeitabstand zwischen dem Ende des Sendeimpulses und dem Ende des Echoimpulses gleich der Gesamtlaufzeit, die ein Mass für den Füllstand im Behälter bzw, für die Schüttguthöhß auf dem Lagerplatz bildet. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren Wird diese Zeitspanne gemessen, in welcher der Echoimpuls nach dem Ende des Sendeirapulses fortbesteht.

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Es ist unmittelbar zu erkennen, dass Störimpulse, die während der Aussendung des Sendeimpulses auftreten, keinen Einfluss auf die Messung haben, da während dieser Zeit noch keine Zeitmessung erfolgt. Es können aber auch Störimpulse, die während der Durchführung der Zeitmessung auftreten, das Messergebnis nicht verfälschen, denn diese Störimpulse überlagern sich dann dem noch bestehenden Echoimpuls, können aber nicht das Ende des Echoimpulses vortäuschen, das allein für das Ende der Zeitmessung bestimmend ist. Somit sind die durch Störimpulse verursachten Fehlmessungen praktisch vollständig ausgeschaltet, und das Verfahren eignet sich insbesondere für die Durchführung von Füllstandsmessungen beim Bestehen eines beträchtlichen Lärmpegels, wie er insbesondere während der Be~ füllung und Entleerung eines Behälters auftritt.

Infolge der Unempfindlichkeit gegenüber Störimpulsen kann mit wesentlich geringeren Energiepegeln gearbeitet werden. Da sich ferner die Impulsenergie über eine wesentlich grössere Impxilsdauer verteilt, weisen die Sendeimpulse eine kleine Energiedichte auf. Die Aussendung von Impulsen grösserer Dauer mit verhältnismässig kleiner Energiedichte ist durch wesentlich einfachere und billigere Vorrichtungen möglich als die Aussendung von sehr kurzen Impulsen grosser Energiedichte.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgeraassen Verfahrens besteht ferner darin, dass der verhältnismässig lange Sendeimpuls auf einfache Weise moduliert werden kann. Wenn die

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empfangsseitig zur Auswertung des Echoinipulses verwendete Anordnung so ausgebildet ist, dass sie selektiv auf die Modulation anspricht, ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit zur Ausschaltung von unerwünschten Störsignalen,

Schliesslich ist es möglich, die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Anordnung leicht an Behälter bzw, Lagerplätze sehr unterschiedlicher Höhe anzupassen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Dauer des Sendeimpulses entsprechend dem Abstand zwischen den Wandlern und dem Boden des Behälters bzw, des Lagerplatzes einzustellen. Im Gegensatz dazu müssen bei den mit kurzen Impulsen arbeitenden bekannten Verfahren für Höhenunterschiede von etwa IO bis 15 m jeweils verschiedene Wandler angewendet werden, die entsprechend abgestimmt sind.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung enthält in der üblichen Weise einen von einem elektrischen Impulsgenerator erregten elektro-akustischen Sendewandler und einen akusto-elektrischen Empfangswandler, dessen Ausgang mit einer elektronischen Zeitmessanordnung verbunden ist, wobei der Sendewandler und der Empfangswandler oberhalb des Füllgutes in dem Behälter bzw, oberhalb des Schüttgutes auf dem Lagerplatz montiert sind, und sie ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerschaltung vorgesehen ist, welche die Zeitmessanordnung beim Ende des Sendeimpulses in Gang setzt und beim Ende des Echoinipulses stillsetzt»

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Messung des Füllstandes in einem Behälter nach dem Echolotprinzip,

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der bekannten Füllstandsmessung mit kurzen Impulsen und der Füllstandsmessung nach dem erfindungsgemässen Verfahren und

Fig. 3 das Blockschema einer Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Schnittansicht einen geschlossenen Behälter 1, der ein Füllgut 2 enthält, von dem als Beispiel angenommen ist, dass es sich um ein körniges Schüttgut handelt. Das Füllgut kann durch einen am Deckel des Behälters 1 angebrachten Einfüllstutzen 3 in den Behälter eingefüllt und durch einen am tiefsten Punkt des Behälters angebrachten Entleerungsstutzen k aus dem Behälter entnommen werden.

Zur Messung des Füllstandes im Behälter ist am höchsten Punkt ein elektro-akustischer Wandler 5 angeordnet, der bei Erregung durch einen nicht dargestellten elektrischen

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Impulsgenerator einen Sendeimpuls S in Form einer Schalloder Ultraschallwelle erzeugt, der sich vom Wandler 5 zur Oberfläche des Füllgutes 2 ausbreitet. An der Füllgutoberfläche wird ein Bruchteil der Energie des Sendeimpulses reflektiert und als Echoimpuls E zum Wandler 5 zurückgeschickt. Eine an den Wandler 5 angeschlossene, nicht dargestellte Zeitmessanordnung misst die Gesamtlaufzeit vorn Beginn der Aussendung des Sendeimpulses S bis zum Beginn des Empfangs des Echoimpulses E. Diese Gesamtlaufzeit ist offensichtlich doppelt so gross wie die einfache Laufzeit des Sendeimpulses S vom Wandler 5 bis zur Oberfläche des Füllgutes 2. Die Schallgeschwindigkeit in dem oberhalb des Füllgutes 2 befindlichen Raum, der mit Gas gefüllt ist, ist bekannt. Aus der gemessenen Zeit kann somit die vom Sendeimpuls bis zur Oberfläche des Füllgutes zurückgelegte Strecke L ermittelt werden. Andererseits ist der Abstand L-, zwischen dem Wandler 5 und der dem Füllstand Null entsprechenden Bezugsebene 6 (z.B. Behälterboden) bekannt. Demzufolge ist auch der zu messende Füllstand H nach der

Ji

folgenden Beziehung zu ermitteln:

H = L_x, - L
χ ίί χ

In den Diagrammen a und b von Fig. 2 sind die Verhältnisse dargestellt, die sich ergeben, wenn die in Fig. 1 gezeigte Füllstandsmessung mit Sendeimpulsen durchgeführt wird,

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deren Dauer kurz gegen die zu messende Laufzeit ist. Wie das Diagramm a von Fig. 2 zeigt, beginnt im Zeitpunkt t_ die Aussendung des Sendeimpulses S, und im Zeitpunkt t beginnt das Eintreffen des Echoimpulses E am Wandler 5· Die Zeitmessanordnung soll die Zeitspanne T messen, die der Strecke L proportional ist. Sie wird zu diesem Zweck durch den Beginn des Sendeimpulses S in Gang gesetzt und soll durch den Beginn des Echoimpulses E stillgesetzt werden.

Da der Benutzer jedoch nicht die Strecke L , sondern den Füllstand H messen will, wird die Zeitmessanordnung vor dem Beginn der Messung auf einen dem Abstand JU, entsprechenden Wert voreingestellt; die Zextmessanordnung ist so ausgebildet, dass sie nach dem Ingangsetzen die Anzeige von diesem Anfangswert an linear mit einer Geschwindigkeit verringert, die so bemessen ist, dass nach einer dem Abstand Lj, entsprechenden Gesamtlaufzeit Tj. (im Zeitpunkt t,,) der Anzeigewert Null erreicht würde. Dies ist im Diagramm b von Fig. 2 gestrichelt dargestellt. Wenn die Zeitmessanordnung im Zeitpunkt t durch den Echoimpuls E stilige-

Jw

setzt wird, hat sich die Anzeige um einen der Strecke L entsprechenden Betrag verringert; es wird also direkt der Füllstand H angezeigt.

Ji.

Diese Wirkung kann beispielsweise dadurch erreicht iferden, dass als Zextmessanordnung ein digitaler Rückwärtszähler

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verwendet wird, der vor dem Beginn der Messung auf einen der Strecke K. entsprechenden Anfangszählerstand eingestellt wird und nach dem Ingangsetzen seinen Zählerstand durch Zählung von Taktimpulsen mit konstanter Frequenz verringert. Die gleiche Wirkung kann auch mit einem Analogspeicher erreicht werden, der beispielsweise einen Kondensator enthält, der vor Beginn der Messung auf eine Anfangsspannung geladen wird und nach dem Ingangsetzen der Zeitmessanordnung linear entladen wird.

Wenn hei diesem Verfahren zwischen der Aussendung des Sendeimpulses S und dem Empfang des Echoimpulses E am Empfangswandler Störimpulse P von solcher Stärke und Beschaffenheit eintreffen, dass sie als Echoimpulse verarbeitet werden, wird die Zeitmessanordnung im Zeitpunkt t beim Eintreffen des ersten Störimpulses P stillgesetzt. Sie hat dann nur eine Gesamtlaufzeit T gemessen, die einer Strecke L entspricht, und sie zeigt demzufolge einen falschen Füllstand H an.

Diese Fehlerquelle wird mit dem in den Diagrammen c bis f von Fig. 2 dargestellten Verfahren ausgeschaltet. Das Diagramm c zeigt den bei diesem Verfahren ausgesendeten Sendeimpuls S. Die Dauer T~ dieses Sendeimpulses ist grosser als die grösste vorkommende Ge samt lauf zeit T,,. Der Sendeimpuls endet somit in einem Zeitpunkt t , der hinter dem Zeitpunkt tj, liegt.

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AS

Der Empfang des entsprechenden Echoimpulses E, der im Diagramm d dargestellt ist, beginnt nach der dem betreffenden Füllstand entsprechenden Gesamtlaufzeit T _m im

JW

Zeitpunkt t . Der Echoimpuls hat natürlich die gleiche Dauer T_g wie der Sendeimpuls, und. er endet in einem Zeitpunkt t , der um eine Zeitspanne T · nach dem Zeitpunkt t liegt, der dem Ende des Sendeimpulses entspricht.

Es ist unmittelbar zu erkennen, dass die Zeitspanne T ' genau gleich der Zeitspanne T ist.

Jt

Die Zeitmessanordnung ist wieder so ausgebildet, dass sie von einem der Strecke Lt, entsprechenden Anfangszustand aus ihre Anzeige linear verringert (Diagramm f). Sie wird aber in diesem ^aIl beim Ende des Sendeimpulses im Zeitpunkt t in Gang gesetzt und im Zeitpunkt t beim Ende des

S G

Echoimpulses stillgesetzt. Der beim Stillsetzen erreichte Endstand entspricht dann genau dem zu messenden Füllstand

Zur Steuerung der Zeitmessanordnung ist vorzugsweise eine Steueranordnung vorgesehen, die einen Sendeimpuls C erzeugt (Diagramm e), der mit dem Ende des Sendeimpulses S beginnt und mit dem Ende des Echoimpulses E endet. Der Steuerimpuls C hat somit die Dauer T .

Es ist unmittelbar zu erkennen, dass Störiinpulse, die während der Dauer des* Sendeimpulses S auftreten, überhaupt

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-Jf-

keinen Einfluss auf die Messung haben, weil während dieser Zeit noch keine Zeitmessung erfolgt.

Störimpulse, die während der Zeitmessung zwischen den Zeitpunkten t und t auftreten, können das Messergebnis nicht verfälschen, weil sie sich nur dem Echoimpuls E überlagern, aber nicht das Ende des Echoimpulses vortäuschen können, das allein für die Beendigung der Zeitmessung inassgeblich ist.

Störimpulse, die nach der Beendigung der Zeitmessung auftreten, können leicht dadurch unwirksam gemacht werden, dass Massnahmen getroffen werden, die ein erneutes Ingangsetzen der Zeitmessung verhindern«

Die einzige Fehlerquelle, die bei diesem Verfahren besteht, ist eine Verlängerung der Zeitmessung durch einen Störimpuls, der am Ende des Echoimpulses überlagert ist. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines solchen Störinipulses ist jedoch verhältnismässig gering. Ferner ist der dadurch verursachte Fehler nur klein, weil die Dauer der Störimpulse gewöhnlich sehr kurz ist. Schliesslich kann bei dem beschriebenen Verfahren auch diese Fehlerquelle noch dadurch vollständig ausgeschaltet werden, dass dem Sendeimpuls eine Modulation erteilt wird, und die Empfangseinrichtungen so ausgebildet sind, dass sie nur auf Signale ansprechen, welche diese Modulation aufweisen.

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Fig. 3 zeigt das Blockschema einer Schaltungsanordnung für die Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens.

In dieser Figur ist wieder schematisch der Behälter 1 mit dem Füllgut 2 und einer Wandleranordnung 5 dargestellt. Ein elektrischer Generator 10 erzeugt Impulse mit der gewünschten Frequenz der Schall- oder Ultraschallwelle* Die Dauer dieser Impulse wird durch einen einstellbaren Zeitgeber 11 bestimmt. Der Ausgang des Impulsgenerators 10 ist über einen Verstärker 12 mit dem Sendewandler in der Wandleranordnung 5 verbunden, der somit in den Behälter 1 einen Schall- oder Ultraschallimpuls aussendet, der die im Diagramm c von Fig. 2 dargestellte Dauer T_g hat.

Der vom Empfangswandler der Wandleranordnung 5 empfangene Echoimpuls E wird einem Verstärker 13 mit steuerbarer Verstärkung zugeführt, an dessen Ausgang ein Rechteckimpulsformer l4 angeschlossen ist» Der Verstärkungssteuereingang des steuerbaren Verstärkers 13 ist an eine Verstärkungssteuerschaltung 15 angeschlossen, die einerseits über einen Rechteckimpulsforrner 16 mit dem Ausgang des Impulsgenerators 10 und andererseits mit dem Rechteckimpulsformer I^ verbunden ist.

Die Verstärkungsstöuerschaltung 15 ist so ausgebildet, dass sie während der Dauer des vom Rechteckimpulsformer l6 abgegebenen Rechteckimpulses, also während der Dauer aes Sende-

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impulses S, die Verstärkung des Verstärkers 13 auf dem Wert Null oder auf einem sehr kleinen Wert hält, so dass während dieser Dauer der Verstärker 13 praktisch kein Ausgangssignal liefert. Nach dem Ende des Sendeiinpulses S (d.h. im Zeitpunkt t von Fig. 2)- bringt die Verstärkungssteuerschaltung 15 die Verstärkung des Verstärkers 13 auf einen für die Verarbeitung der Echoimpulse ausreichenden Wert, so dass der Verstärker 13 nunmehr während der Dauer des Echoimpulses E ein Ausgangssignal liefert, das vom Rechteckimpulsformer Ik in die Form eines Rechteckimpulses gebracht wird. Dieser Rechteckimpuls endet mit dem Ende des Echoimpulses und entspricht somit dem Steuerimpuls C, der im Diagramm e von Fig. 2 dargestellt ist.

Der von dem Rechteckimpulsformer Ik abgegebene Rechteckimpuls steuert einen digitalen Rückwärtszähler 17ι der vor jeder Messung durch eine Voreinstellschaltung 18 auf einen Anfangszählerstand eingestellt wird und während der Dauer des Rechteckimpulses die von einem Taktgeber· 19 abgegebenen Taktimpulse mit konstanter Folgefrequenz rückwärts zählt.

An die Stufenausgänge des Rückwärtszählers 17 ist ein Decodierer 20 angeschlossen, der ein dem jeweiligen Zählerstand entsprechendes Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignal kann in einer digitalen Anzeigevorrichtung 21 oder in einer Analoganzeigevorrichtung 22 angezeigt werden

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und gibt nach dem Stillsetzen des Rückwärtszählers 17 unmittelbar den zu messenden Füllstand H an, wie aus dem Diagramm f von Fig. 2 hervorgeht.

Zur Anpassung dieser Schaltung an Behälter 1 unterschiedlicher Höhe braucht nur die Dauer des Sendeimpulses im Zeitgeber 11 und der Anfangszählerstand in der Voreinstellschaltung 18 entsprechend der grössten vorkommenden Laufzeit eingestellt zu werden.

Eine Abänderung dieser Schaltung kann darin bestehen, dass der digitale Rückwärtszähler 17 durch einen Analogspeicher ersetzt wird, der einen Kondensator enthält, auf den vor Beginn der Messung eine Anfangsladung gebracht wird und der während der Dauer des von dem Rechteckimpulsformer Ik abgegebenen Rechteckimpulses linear entladen wird. Die am Ende der Zeitmessung erreichte Kondensatorspannung kann direkt in eiixer Analog-Anzeigevorrichtung angezeigt werden. Wenn eine digitale Anzeige erwünscht ist, wird an den Analogspeicher ein Analog-Digital- Umsetzer angeschlossen.

Eine weitere· vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung von Fig. 3 besteht darin, dass den Sendeimpulsen eine Modulation erteilt wird, und dass die Empfangsanordnung so ausgebildet wird, dass sie nur auf Empfangssignale anspricht, welche diese Modulation aufweisen. Zu diesem Zweck kann der Impulsgenerator 10 durch eine in Fig. 3 gestrichelt

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- vf -

angedeutete Modulationssignalquelle 23 gesteuert werden, und dem Verstärker 13 kann ein gestrichelt angedeuteter Demodulator 24 vorgeschaltet sein. Die Modulation kann eine Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation sein.

Die Anwendung einer Frequenzmodulation bietet zusätzliche Möglichkeiten. So kann man beispielsweise das Ende des Sendeimpulses durch eine Modulationsänderung markieren, damit dadurch das unvermeidliche Nachschwingen des Wandlers bei der Messung unberücksichtigt bleibt. Auch eine genaue Erkennung der Dauer des Sendeimpulses und der Dauer des Echoimpulses ist durch eine Frequenzmodulation eines langandauernden Wellenimpulses dieser Art möglich. Dies wiederum bedeutet, dass man durch eine geeignete Elektronik den analogen Zwischenschritt der Auswertung übergehen kann und direkt zu einer digitalen Auswertung kommt, was wiederum eine Abnahme der Störempfindlichkeit einer beispielsweisen Vorrichtung nach diesem Arbeitsverfahren bedeutet. Auch ergibt sich durch eine solche direkte digitale Zählung automatisch die Angabe von Durchschnittswerten.

Ein weiterer'Vorteil einer solchen Modulation des Wellenimpulses ist darin zu sehen, dass man mit einer einfachen Phasenerkennung die grobe Messung in digitale Einzelabschnitte feiner aufteilen kann.

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Ferner ermöglicht die Aussendung eines langen Wellenimpulses die Ausnutzung des Dopplereffektes durch Erkennung der Frequenzverschiebung von Echos, die von dem fallenden Füllgut als Störimpulse zurückgeworfen werden; dadurch ist es möglich, das von der Oberfläche des Füllgutes zurückkehrende Nutzecho von den Störechos zu unterscheiden.

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Claims

Patentansprüche

iJ Verfahren zur Messung des Füllstandes in einem Behälter bzw. der Sohüttguthöhe auf einem Lagerplatz nach dem Echolotprinzip durch Messung der Gesamtlaufzeit eines auf die Oberfläche des Füllgutes gerichteten Schall- oder Ultraschallifflpulses und des von der Oberfläche des Füllgutes reflektierten Echoimpulses, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schall- oder Ultraschallimpuls ausgesendet wird, dessen Dauer wenigstens gleich der dem niedrigsten vorkommenden Füllstand entsprechenden Gesamtlaufzeit ist, und daß als Maß für den Füllstand die Zeitspanne zwischen dem Ende des Sendeimpulses und dem Ende des Echoimpulses gemessen wird.
2. Anordnung zur Durchführung de3 Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem von einem elektrischen Impulsgenerator erregten elektro-akustischen Sendewandler und mit einem akustoelektrischen Empfangswandler, dessen Ausgang mit einer elektronischen Zeitmeßanordnung verbunden ist, wobei der Sendewandler und der Empfangsv/anäler oberhalb des Füllgutes

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Au/Gl

in dem Behälter bzv/. oberhalb des Schüttgutes auf dem Lagerplatz montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (13, 14, 15, 16) vorgesehen ist, welche die Zeitraeßanordnung (17, 18, 19, 20, 21, 22) beim Ende des Sendeimpulses in Gang setzt und beim Ende des Echoimpulses stillsetzt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßanordnung (17, 18, 19, 20, 21, 22) einen digitalen Rückwärtszähler (17) enthält, der vor jeder Messung auf einen Anfangszählerstand eingestellt wird und dessen Rückzahlung durch die Steuerschaltung (13, 14, 15, 16) eingeleitet und beendet wird.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangszählerstand so bemessen ist, daß der Rückwärtszähler in der dem leeren Behälter entsprechenden maximalen Gesamtlaufzeit den Zählerstand UuIl erreicht.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangszählerstand einstellbar ist.
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßanordnung (17, 18, 19, 20, 21, 22) einen Analogspeicher (17) enthält, der vor jeder Messung auf einen Anfangszustand geladen wird und dessen Entladung durch die Steuerschaltung (13, 14, 15, 16) eingeleitet und beendet wird.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangszustand so bemessen ist, daß sich der Analogspeicher (17) in der dem leeren Behälter entsprechenden maximalen Gesamtlaufzeit vollständig entlädt.

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8. Anordnung nach. Anspruch 6 oder 7, dadurch, gekennzeichnet, daß der Anfangszustand einstellbar ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13, H, 15, 16) einen an den Empfangswandler angeschlossenen Verstärker (13) mit steuerbarem Verstärkungsfaktor enthält, sowie eine Verstärkungssteuerschaltung (15), die den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (13) während der Dauer des Sendeimpulses auf dem Wert Null oder auf einem sehr kleinen Wert und während der Dauer des Echoimpulses auf einem größeren Wert hält.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeimpuls moduliert ist, und daß die an den Empfangswandler angeschlossene Schaltungsanordnung so ausgebildet ist, daß sie selektiv auf die Modulation anspricht.

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