DE2922929A1 - Resonanz-fluessigkeitsstandsanzeiger fuer fluessigkeiten - Google Patents

Description

LEINWEBER & ZIMMERMANN

Dipl.-Ing. H. Leinweber de»-?·» Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-Ing. A. Gf. v. Wengersky

Rosental 7 · D-8000 München 2

2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2603989 Telex 528191 lepatd Telegr.-Adr. Le<npat München

^den 6. Juni 1979.

Unser Zeichen

Wy/Sm - 4030

ENERGOINVEST, 91 000 Sarajevo, Jugoslawien

Resonanz-Flüssigkeitsstandsanzeiger für Flüssigkeiten

In allen Industrieausrüstungen und -anlagen beliebigen Typs, soweit sie sich nur mit der Handhabung von Flüssigkeiten befassen, ist von besonderer Bedeutung die Information darüber, daß ein bestimmter Flüssigkeitsstand bzw. eine bestimmte Höhe des Flüssigkeitsspiegels erreicht wurde. Geräte, die diese Information über den Flüssigkeitsstand zur Verfügung stellen, werden als "Flüssigkeitsstandsanzeiger" bezeichnet. In den meisten Fällen zeigen derartige Flüssigkeitsstandsanzeiger den Moment an, in dem ein Fühler mit der Flüssigkeit in Berührung kommt. Der Fühler hat hierfür Relaiskontakte, die Bestandteil des Gerätes sind. Die so erhaltene Information wird entweder in ein akustisches odei/optisches Warnsignal umgesetzt oder direkt zur Flüssigkeitsstandsregelung mit Hilfe entsprechender Betätiger herangezogen.

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In Anbetracht des weiten Bereichs unterschiedlichster Typen von Flüssigkeiten gibt es auch sehr unterschiedliche Verfahren zur Flüssigkeitsstandsanzeige. Die aufgrund dieser verschiedenen Verfahren arbeitenden Vorrichtungen sollen je nach dem Anv;endungszweck Genauigkeit, Zuverlässigkeit und einen angemessenen Gestehungspreis vereinen.

Die vorliegende Vorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der Resonanz in elektrischen Kreisen und kann zur Flüssigkeitsstandsanzeige für alle Arten von Flüssigkeiten Verwendung finden.

In Anbetracht der vollständig elektronischen Konstruktion, die eine große Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Betriebs erbringt, ist das Gerät vorzugsweise vorgesehen für Anzeige und Steuerung von ölderivaten in öl ver- und bearbeitenden Industrieanlagen, zur Kraftstoffanzeige in Tanks von Flugkörpern, Schwimmkörpern und Motorwägen sowie zur Flüsngkeitsstandsanzeige in Tanks für die unterschiedlichsten ölprodukte.

Zur Erläuterung und zum Vergleich ist mit dem vorliegenden Gegenstand am ehesten zu vergleichen der herkömmliche kapazitive Flüssigkeitsstandsanzeiger, der sich als hochqualitative Ausrüstung bewährt hat.

Der kapazitive Flüssigkeitsstandsanzeiger mißt die Kapazität zwischen einem Fühlabschnitt und dem zu messenden Material. Die Messung wird üblicherweise mit Hilfe einer Meßbrücke ausgeführt. Die Anzeige wird beim Erreichen eines bestimmten Kapazitätswertes freigegeben.

Derartige Flüssigkeitsstandsanzeiger haben die folgenden Nachteile, die eine Folge des angewandten Meßverfahrens sind:

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- Empfindlichkeit für Materialablagerungen an den Tankwänden

Empfindlichkeit für Änderungen in der Dielektrizitätskonstante C des Materials und damit Abhängigkeit der Genauigkeit vom jeweiligen Material. Flüssigkeitsstandsanzeiger für Materialien mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante führen zu höheren Anzeigefehlern. Die Empfindlichkeit für Änderungen der Dielektrizitätskonstante führt überdies zu einer zusätzlichen Temperaturabhängigkeit der Anzeige, da die Dielektrizitätskonstante eine Änderung mit der Temperatur erfährt.

Zur Verdeutlichung wird vor der Beschreibung der Vorrichtung im einzelnen im folgenden eine Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösungen vorgenommen, die neu erscheinen, sowie der Funktion der Vorrichtung im Vergleich mit kapazitiven Flüssigkeitsstandsanzeigern.

Der Resonanz-Flüssigkeitsstandsanzeiger für Flüssigkeiten stützt sich bezüglich der Flüssigkeitsstandsfeststellung auf das Phänomen der Resonanz in elektrischen Kreisen und weist deshalb eine besondere Konstruktion des Fühlabschnitts der Sonde auf.

Der Fühlabschnitt der Sonde ist in Form einer Kapazität konstruiert. Diese Kapazität bildet mit einer zusätzlichen Induktivität einen Resonanzkreis, der von einem elektronischen Oszillator durch ein Sinuswellensignal erregt wird, dessen Frequenz auf die Resonanzfrequenz der Sonde abgestimmt wird. Die Sonde wird so zur Resonanzschwingung gebracht und es ergibt sich eine Maximalspannung am Detektor, der aus Halbleiterdioden gefertigt ist.

Durch Eintauchen des Fühlabschnitts der Sonde in das

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zu messende Material ändert sich die Kapazität. Die Resonanzschwingung wird damit gestört, so daß die Größe der festgestellten Spannung erheblich abnimmt. Die Änderung der festgestellten Spannung wird in einem elektronischen Gerät verarbeitet. Das Ergebnis ist eine Umschaltung von Relaiskontakten.

Der Einfluß von Materialablagerungen und Temperatur-Schwankungen hat eine sehr geringe Rückwirkung auf Änderungen der Resonanzfrequenz und damit auch auf die Änderung der festgestellten Spannung. Die Vorrichtung ist damit unempfindlich für Materialablagerung und Temperaturschwankungen.

Die Änderung der festgestellten Spannung beim Eintauchen der Sonde in das Material ist unabhängig von der Dielektrizitätskonstante £ groß. Sie ist am größten, wenn die Sonde in elektrisch leitfähiges Material eingetaucht wird. Das Gerät kann damit erfolgreich für unterschiedliche Materialien eingesetzt werden.

Eine starke Änderung der festgestellten Spannung als Ergebnis der Berührung der Sonde mit dem zu messenden Material führt überdies zu einer hohen Anzeigegenauigkeit (- 1 mm in Bezug auf den eingestellten Flüssigkeitsstand).

Die insgesamt elektronische Konstruktion ermglicht es, die Elektronik und die Sonde in ein und demselben Gehäuse unterzubringen. Es ergeben sich kleine Gesamtabmessungen. Das Gewicht der kompletten Vorrichtung beträgt etwa 3CD Gramm.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben, auf die bezüglich der Offenbarung aller hier nicht näher erläuterten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen

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Fig. 1 die Konstruktion des Resonanz-Flüssigkeit sstandsanzeigers

Fig. 2 eine Blockschaltung hierzu, und

Fig. 3 die elektrische Schaltung des Gerätes.

Der Eesonanz-Flüssigkeitsstandsanzeigeufoesteht aus drei wesentlichen Teilen: Dem Fühlteil in Form eines zylindrischen Kondensators 18, dem Elektronikteil 44 und dem Gehäuse oder Sondenkopf 41 (Fig. 1).

Durch einen Stecker 43 (Fig. 1) wird dem Gerät eine Gleichspannung von 18 bis 28 Volt zugeführt. Ein Spannungsregler 51 (Fig. 2) sorgt dafür, daß die richtige Spannung für den Betrieb an das Gerät gelangt. Der Spannungsregler 51 besteht aus den Kondensatoren 4 und 6 und dem eigentlichen integrierten Spannungsregler 5 (Fig. 3).

Ein in Fig. 2 gezeigter transistorisierter Frequenzgenerator 50 kann auf die Resonanzfrequenz der Sonde abgestimmt werden. Der Frequenzgenerator 50 umfaßt den Transistor 10, Kondensatoren 9 und 14 und eine Induktivität 12 in Form einer Spule, die, wie alle Teile, entsprechend Fig. 3 zusammengeschaltet sind. Die Frequenzeinstellung erfolgt mit Kilfe des Kondensators 9 stufenweise und mit Hilfe von Induktivitäten 12 und 13 kontinulierlich.

Ein Sinuswellensignal der Frequenz von einigen Megahertz wird über die Kondensatoren 16 und 17 von Fig. 3 zum Fühlteil 45 (Fig. 2) geführt, das den zylindrischen Kondensator 18 und eine Induktivität 19 enthält, die zueinander parallelgeschaltet sind. Die beiden bilden so einen LC-Resonanzkreis.

Vom Fühlteil wird das Signal über Kondensatoren 20 und

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zum Detektor 46 geleitet, der aus den Dioden 22 und 23, dem Widerstand 24 und dem Kondensator 27 von Fig. 3 besteht. Die am Detektorausgang erhaltene Gleichspannung V, ist proportional zur Amplitude der Schwingungen am Fühlteil.

Die Amplitude ist ein Maximum, wenn die Frequenz des anregenden Generators gleich der Resonanzfrequenz des Fühlteils ist. In diesem Fall ist die Größe der festgestellten Spannung am größten. Die festgestellte Spannung erreicht über den Widerstand 26 den Vergleicher 47 von Fig. 2, der durch den Operationsverstärker 28 von Fig. 3 gebildet wird. Im Vergleicher 47 wird die festgestellte Spannung mit einer Bezugsspannung V r verglichen. Diese wird über dem Potentiometer 15 und den Widerstand 25 an den anderen Eingang des Operationsverstärkers 28 gelegt, der als Vergleicher 47 dient. In Abhängigkeit vom Unterschied der beiden Spannungen ist der Vergleicherausgang entweder auf dem logischen Niveau "1" oder auf "0".

Die Anwesenheit des zu messenden Materials im Inneren des zylindrischen Kondensators 18 bewirkt eine Kapazitätsveränderung. Diese verändert wiederum den Schwingungszustand des Fühlteils und bewirkt damit eine Änderung im Ausgang des Vergleichers.

Vom Ausgang des Vergleichers 47 wird das Signal "0" oder "1" an den Verzögerer 48 gegeben, dessen Aufgabe es ist, in den Verg-leichsvorgang eine Laufzeit einzubauen. Ober den Verzögerer 48 erreicht das Signal ein elektromechanisches Relais 48, dessen Schaltposition entsprechend beeinflußt wird. Das Relais ist als Umschalter ausgebildet.

Der Verzögerer 48 besteht aus einem Transistor 33, einem Potentiometer 30 und Widerständen 31 und 32. Mit Hilfe

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des Potentiometers 30 kann die Verzogerungszeit des Verzögerers 48 fein zwischen 30 und 90 Sekunden verstellt werden. Die so eingestellte Verzögerung stellt sieher, daß Gegenstandsbewegungen nicht als Flüssigkeitsstandsänderung fehlinterpretiert werden.

Das Signal vom Vergleicher 47 gelangt nach der definierten Verzogerungszeit über Widerstand 35 und Zehnerdiode 36 an die Basis des Transistors 38, in dessen Kollektorkreis die Relaisspule 37 liegt. Der Transistor 38 ist im Sättigungszustand leitend oder gesperrt, so daß die Relaisspule 37 entsprechend eriEgt oder nicht erregt ist.

Die Relaiskontakte, die so entsprechend dem eingetauchten oder nicht eingetauchten Zustand der Sonde betätigt werden, werden zur Steuerung von Anzeige- oder Steuerungsfunktionen benützt. Die Teile 51, 50, 46, 47, 48 und 49 und ein Teil des Fühlteils 45, nämlich die Induktivität 19, werden auf zwei Platten mit gedruckten Schaltungen untergebracht und in das Gehäuse des Elektronikteils 44 aufgenommen, den sie bilden. Die gesamte Vorrichtung wird in Tanks oder dergleichen mit Hilfe eines Flansches 42 derart eingebaut, daß der durch den zylindrischen Kondensator 18 gebildete Fühlteil im Tank auf der Seite des zu messenden Materials zu liegen kommt.

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Claims (1)

1. Ill 111

   2922S29

   — 8 —
   Patentansprüche :

   Resonanz-Flüssigkeitsstandsanzeiger für Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlteil als zylindrischer
   I Kondensator (18) ausgebildet und mit dem Gerät zu einer Baueinheit zusammengezogen ist.

   ■| 2. Anzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   1 daß der zylindrische Kondensator (18) zusammen mit einer Spule

   $ (19) einen elektrischen Resonanzkreis einer vorgegebenen Resonanz-

   i frequenz bildet.

   3. Anzeigegerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn-

   : zeichnet, daß der Fühlteil (45) aus dem LC-Resonanzkreis durch ein Signal angeregt wird, dessen Frequenz gleich der Resonanzfrequenz der Sonde ist.

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   Bezugszeichenliite:

   4 Kondensator

   5 Spannungsregler

   6 Kondensator 9 Kondensator

   10 Transistor

   12 Induktivität

   13 "

   14 Kondensator 15 Potentiometer 16 Kondensator 17 18 zyl. Kondensator 19 Induktivität 20 Kondensator 21 M 22 Dioden 23 tt 24 Widerstand 25 Il 26 Il

   27 Kondensator

   28 Operationsverstärker

   30 Potentiometer

   31 Widerstand

   32 "

   33 Transistor

   35 Widerstand

   36 Zehnerdiode

   37 Relaisspule

   41 Sondenkopf

   42 Flansch

   43 Stecker

   44 Elektronikteil

   45 Fühlteil

   46 Detektor

   47 Vergleicher

   48 Verzögerer

   49 Relais

   50 Frequenzgenerator

   51 Spannungsregler

   Die Bedeutung der übrigen Bezugszeichen ergibt sich aus den in den Figuren verwendeten Schaltsymbolen

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