DE2927093A1 - UNIVERSAL RESONANCE MATERIAL LEVEL INDICATOR - Google Patents
UNIVERSAL RESONANCE MATERIAL LEVEL INDICATORInfo
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Description
LEINWEBER & ZIMMERMANNLEINWEBER & ZIMMERMANN
Dipl.-lng. H. Leinweber Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-lng. A. Gf. v. WengerskyDipl.-Ing. H. Leinweber Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-Ing. A. Gf. v. Wengersky
2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2603989 Telex 528191 lepatd Telegr.-Adr. Leinpat München2. Ascent (Kustermann-Passage) Telephone (089) 2603989 Telex 528191 lepatd Telegr. Addr. Leinpat Munich
den 4. Juli 1979 the July 4, 1979
Wy/Sm - AA/4038Wy / Sm - AA / 4038
ENERGOINVEST, 71 000 Sarajevo, Jugoslawien
Universal-Resonanz-Materialstandsanzeiger
ENERGOINVEST, 71 000 Sarajevo, Yugoslavia
Universal resonance material level indicator
In Behältern, die mit unterschiedlichen Arten von Materialien gefüllt sind, ist es oft erforderlich, eine Anzeige oder Kontrolle für den Materialfüllstand zu haben. Üblicherweise genügt es, eine Anzeige für das Erreichen eines bestimmten Füllstandsniveaus an einem Punkt zu haben. Meßgeräte, die Daten über die Füllhöhe des Behälters abgeben, werden als Füllstandsanzeiger oder Materialstandsanzeiger bezeichnet. Die Anzeige wird über Relaiskontakte sichergestellt, die in dem Moment betätigt werden, wenn das zu messende Material in Berührung mit einer Sonde des Anzeigers kommt. Die Relaiskontakte können zusätzlich zum Erzeugen einer hörbaren oder sichtbaren Anzeige Verwendung finden oder eine Füllstandskontrolle über entsprechende Betätiger ansteuern.In containers filled with different types of materials, it is often necessary to have an indicator or to have control of the material level. Usually it is enough to have an ad for achieving a particular one To have level levels at one point. Measuring devices that provide data about the fill level of the container are called Level indicator or material level indicator called. The display is ensured via relay contacts that are in the moment the material to be measured comes into contact with a probe of the indicator. The relay contacts can also be used to generate an audible or visible display or a level control Activate using the appropriate actuator.
In Anbetracht des breiten Spektrums unterschiedlicherIn view of the wide range of different
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Materialien und unterschiedlicher Forderungen an den Anzeiger wurden bereits unterschiedliche Typen von Anzeigern konstruiert, denen verschiedene Funktionsprinzipien zugrundeliegen.Materials and different demands on the indicator, different types of indicators have already been designed, which are based on different functional principles.
Anzeiger, die elektrisch arbeiten, gehören zu den hochqualitativen Ausrüstungen. Ihre Eigenschaften sind hohe Zuverlässigkeit im Betrieb, hohe Genauigkeit der Anzeige, geringe Abmessungen und niedriger Preis. Ein derartiger Materialstandsanzeiger ist beispielsweise der kapazitive Materialstandsanzeiger. Die Sonde dieses Anzeigers bildet mit der Oberfläche des bezüglich seiner Füllstandshöhe zu messenden Materials eine Kapazität. Die Kontrolle des Materialstands erfolgt durch Messen dieser Kapazität.Indicators that work electrically belong to the high quality equipments. Their characteristics are high reliability in operation, high display accuracy, small size and low price. Such a material level indicator is for example the capacitive material level indicator. The probe of this indicator forms with the surface of the material to be measured with regard to its fill level has a capacity. The material level is checked by Measure this capacity.
Der Universal-Resonanz-Materialstandsanzeiger gehört zur Gruppe der elektrischen Übertrager. Zusätzlich zu den oben erwähnten Merkmalen dieser Gruppe von Anzeigern ist es wichtig, auf die universelle Anwendbarkeit des Anzeigers zu veritfeisen. Er ist anwendbar für die Anzeige von allen Arten von Materialien, handele es sich nun um Flüssigkeiten, Schüttgut, dielektrische Materialien oder elektrisch leitfähige Materialien.The universal resonance material level indicator is part of the Group of electrical transformers. In addition to the features of this group of indicators mentioned above, it is important to to advocate the universal applicability of the scoreboard. It can be used for the display of all types of materials, whether liquids, bulk or dielectric Materials or electrically conductive materials.
Typische Anwendungsbeispiele für den Universal-Resonanz-Materialstandsanzeiger sind Anzeige und Füllstandssteuerung in Silos, die Viehfutter und Körner enthalten, in Tanks, die ölderivate enthalten, in Bunkern, die Erze oder Baustoffe enthalten, oder in Flüssigkeitsreservoirs, die Wasser oder chemische Stoffe enthalten.Typical application examples for the universal resonance material level indicator are display and level control in silos that contain forage and grain, in tanks that contain oil derivatives, in bunkers that contain ores or building materials, or in liquid reservoirs that contain water or chemical substances.
Vor einer ins einzelnen gehenden Beschreibung des Universal-Resonanz-Materialstandsanzeigers sollen einige seiner Hauptmerkmale, vor allem seine neuen Merkmale erläutert werden.Before a detailed description of the universal resonance material level indicator some of its main features, especially its new features, should be explained.
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Das Prinzip der Anzeige basiert auf dem Effekt der Resonanz von Schwingkreisen. Die Sonde des Anzeigers ist in Form einer Induktivität konstruiert, die zusammen mit einer zusätzlichen Kapazität ein Schwingkreis bildet. Der Schwingkreis wird mit einem Sinussignal von einem elektronischen Oszillator gespeist, der ein Bauelement des Gerätes ist. Die Schwingfrequenz ist gleich der Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Die Resonanzbedingung des Schwingkreises führt zu einer Maximalspannung im Detektorkreis. Wenn der Fühlabschnitt der Sonde in das zu messende Material eintaucht, so wird die Resonanzbedingung des Schwingkreises gestört und die Amplitude der festgestellten Spannung erheblich vermindert. Die Amplitude der festgestellten Spannung wird in einer elektronischen Schaltung verarbeitet und ein Ausgangsrelais wird entsprechend betätigt. The principle of the display is based on the effect of the resonance of oscillating circuits. The indicator probe is in Constructed in the form of an inductance, which together with an additional capacitance forms an oscillating circuit. The oscillating circuit is fed with a sinusoidal signal from an electronic oscillator, which is a component of the device. the The oscillation frequency is equal to the resonance frequency of the oscillating circuit. The resonance condition of the oscillating circuit leads to a maximum voltage in the detector circuit. When the sensing portion of the probe is immersed in the material to be measured, the The resonance condition of the oscillating circuit is disturbed and the amplitude of the detected voltage is significantly reduced. The amplitude the detected voltage is processed in an electronic circuit and an output relay is actuated accordingly.
Die Resonanzbedingung in Schwingkreisen ist sehr stabil. Geringe Veränderungen der Parameter verursachen noch keine Störung der Resonanz. Deshalb ist das Gerät praktisch unempfindlich bezüglich kleiner Materialablagerungen auf dem Fühlabschnitt der Sonde und ebenso unempfindlich für Temperaturschwankungen. Die Änderungen der festgestellten Spannung aufgrund dieser Faktoren ist somit vernachlässigbar klein.The resonance condition in oscillating circuits is very stable. Small changes in the parameters do not yet cause any Disturbance of the resonance. Therefore the device is practically insensitive with regard to small material deposits on the sensing section of the probe and also insensitive to temperature fluctuations. The change in the observed voltage due to these factors is thus negligibly small.
Wenn der Fühlabschnitt der Sonde in Material irgendeiner Art eintaucht, sei es nun ein Schüttgut oder eine Flüssigkeit, elektrisch leitend oder dielektrisch, so tritt eine beträchtliche Änderung der festgestellten Spannung ein. Man erhält so einen Materialstandsanzeiger, der universal für die Anwendung zur Materialstandskontrolle in einem weiten Bereich von Materialien geeignet ist.If the sensing section of the probe is immersed in any kind of material, be it a bulk material or a liquid, electrically conductive or dielectric, there is a considerable change in the detected voltage. You get so a material level indicator that is universal for use in material level control in a wide range of materials suitable is.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhandIn the following description, the invention will be illustrated with reference to
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der Figuren, auf die wegen der Offenbarung aller im folgenden nicht näher erläuterten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, im einzelnen erläutert. Es zeigenof the figures referred to because of the revelation of all below details not explained in more detail are expressly referred to, explained in detail. Show it
Fig. 1 die Konstruktion eines Universal-Resonanz-Materialstandsanzeigers unter Hervorhebung der wichtigsten Merkmale,1 shows the construction of a universal resonance material level indicator highlighting the most important features,
Fig. 2 eine Blockschaltung hierzu, undFig. 2 shows a block diagram for this, and
Fig. 3 eine elektrische Schaltung mit Angabe der einzelnen Bauteile.3 shows an electrical circuit with details of the individual components.
Der Universal-Resonanz-Materialstandsanzeiger besteht aus zwei Hauptteilen, nämlich der Sonde (53-5 7, 26) und dem Elektronikteil (1, 2, 51, 52), vgl. Fig. 1. Die Sonde und der Elektronikteil sind durch ein vieladriges abgeschirmtes Verbindungskabel 11 miteinander verbunden (Fig. 1).The universal resonance material level indicator consists from two main parts, namely the probe (53-5 7, 26) and the electronics part (1, 2, 51, 52), see Fig. 1. The probe and the Electronic parts are connected to one another by a multi-core shielded connection cable 11 (Fig. 1).
Der Fühlabschnitt der Sonde besteht aus einem Draht 26, der in Form einer archimedischen Spirale gewickelt ist und zum Schütze durch eine Kunstharzkappe 56 abgedeckt wird, die die Form einer Halbkugel aufweist. Das Sondengehäuse 54 enthält eine Platte mit einer gedruckten Schaltung und den elektronischen Bauelementen der Sonde 55, sowie eine als Durchführung ausgebildete Kabelbuchse 53 für das vieladrige Verbindungskabel 11. Ein Flansch 57 des Sondengehäuses 54 dient für den Einbau der Sonde derart, daß der durch den Draht 26 gebildete Fühlabschnitt der Sonde der Innenseite des mit dem Material befüllten Behälters zugekehrt ist. Die Sonde steht hierfür beispielsweise mit der Kunstharzkappe 56 in das Behälterinnere durch eine Wandöffnung vor, um die herum sich auf der Außenwand der Flansch 57 unter Abdichtung abstützt.The sensing portion of the probe consists of a wire 26 wound in the form of an Archimedean spiral and to protect is covered by a synthetic resin cap 56, which has the shape of a hemisphere. The probe housing 54 contains a board with a printed circuit and the electronic components of the probe 55, and one as a feedthrough trained cable socket 53 for the multi-core connecting cable 11. A flange 57 of the probe housing 54 is used for the installation of the probe in such a way that the sensing portion of the probe formed by the wire 26 faces the inside of the material filled container is facing. For this purpose, the probe protrudes into the interior of the container with the synthetic resin cap 56, for example a wall opening, around which the flange 57 is supported with a seal on the outer wall.
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Der Elektronikteil umfaßt ein Gehäuse 51 und eine Platte 52, die mit einer gedruckten Schaltung versehen ist und elektronische Bauelemente trägt, wie beispielsweise einen Transformator Tr und Anschluß-Klemmleisten 1, 2 (Fig. 1).-The electronic part comprises a housing 51 and a board 52 which is provided with a printed circuit and electronic Carries components, such as a transformer Tr and connection terminal strips 1, 2 (Fig. 1) .-
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:The device works as follows:
Fig. 2 zeigt in zwei mit Strichlinien umfaßten Blöcken links die Elektronikeinheit, rechts die Sonde. Die Sonde hat einen Oszillator 64. Dieser umfaßt den durch den Draht 26 gebildeten und eine Induktivität darstellenden Fühlabschnitt der Sonde und Kondensatoren 24 und 25 (vgl. Fig. 3).2 shows the electronics unit on the left and the probe on the right in two blocks enclosed by broken lines. The probe has an oscillator 64. This comprises the sensing section formed by the wire 26 and representing an inductance Probe and capacitors 24 and 25 (see Fig. 3).
Dem Oszillator 64 wird von einem Sinuswellengenerator ein sinuswellenförmiges Signal eingespeist. Der Sinuswellengenerator 63 gehört mit zu den Bauteilen der Sondenelektronik. Seine Schwingfrequenz ist gleich der Resonanzfrequenz des Oszillators 64, wenn der den Fühlabschnitt der Sonde bildende Draht 26 nicht in Berührung mit dem zu messenden Material steht. In diesem Fall befindet sich also die Sonde in Resonanzschwingung.A sinusoidal wave-shaped signal is fed to the oscillator 64 from a sine wave generator. The sine wave generator 63 is one of the components of the probe electronics. Its oscillation frequency is equal to the resonance frequency of the Oscillator 64 when the wire 26 forming the sensing portion of the probe is not in contact with the material to be measured. In this case, the probe is in resonance oscillation.
Der elektronische Sinuswellengenerator 63 weist einen Transistor 20 auf, dessen Schwingfrequenz durch eine LC-Schaltung aus Kapazität 19 und Induktivitäten 22 und 23 bestimmt wird (Fig. 3). Die Schwingfrequenz kann mit Hilfe der Induktivitäten 22 und 23 auf die Resonanzfrequenz des Sonden-Oszillators 64 eingestellt werden.The electronic sine wave generator 63 has a transistor 20, the oscillation frequency of which is determined by an LC circuit is determined from capacitance 19 and inductances 22 and 23 (Fig. 3). The oscillation frequency can be adjusted with the help of the inductances 22 and 23 to the resonance frequency of the probe oscillator 64 can be set.
Das Ausgangssignal des Oszillators 64 in der Sonde wird an einen Demodulator 65 (Fig. 2) gegeben, dessen Ausgangsspannung eine Gleichspannung ist, deren Spannungswert proportional zur Amplitude der Schwingspannung des Oszillators 64 ist. Die festgestellte und demodulierte Spannung ist demnach ein Maximum,The output signal of the oscillator 64 in the probe is given to a demodulator 65 (FIG. 2), the output voltage of which is a direct voltage, the voltage value of which is proportional to the amplitude of the oscillation voltage of the oscillator 64. the determined and demodulated voltage is therefore a maximum,
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wenn der Oszillator 64 in Resonanz schwingt.when the oscillator 64 resonates.
Der Demodulator 65 umfaßt Dioden 28, 29 und eine RC-Schaltung aus einem Widerstand 30 und einer Kapazität 31.The demodulator 65 comprises diodes 28, 29 and an RC circuit from a resistor 30 and a capacitance 31.
Die Gleichspannung Vdet am Ausgang des Demodulators 65 wird an den Eingang eines Vergleichers 66 gelegt und in diesem mit einer voreingestellten Bezugsspannung Vref verglichen.The DC voltage Vdet at the output of the demodulator 65 is applied to the input of a comparator 66 and in this compared with a preset reference voltage Vref.
Der Vergleicher 66 enthält einen Operationsverstärker (Fig. 3). Die festgestellte demodulierte Spannung wird an den Vergleichereingang über einen Widerstand 33 angelegt. Die über einen Potentiometer 32 einstellbare Bezugsspannung wird an einen anderen Vergleichereingang über einen Widerstand 34 angelegt (Fig. 3). - ■ ■ . ■ The comparator 66 includes an operational amplifier (FIG. 3). The demodulated voltage determined is applied to the comparator input via a resistor 33. The reference voltage, which can be set via a potentiometer 32, is applied to another comparator input via a resistor 34 (FIG. 3). - ■ ■. ■
In Abhängigkeit vom Unterschied zwischen den beiden Spannungen steht am Ausgang des Vergleichers 66 das Logiksignal "1" oder das Logiksignal "0" an.Depending on the difference between the two voltages, the logic signal is at the output of the comparator 66 "1" or the logic signal "0".
Ist der Fühlabschnitt der Sonde in das Material eingetaucht oder wird der Draht 26 nach Fig. 1 aus dem Material herausgenommen, so ergibt sich eine Änderung der Induktivität und der parasitischen Kapazität der Sonde und damit auch eine Änderung des Resonanzschwingungszustandes des Oszillators 64. Die Änderung des Resonanzschwingungszustandes wird durch den Demodulator 65 festgestellt und verändert das Ausgangssignal am Vergleicher 66.If the sensing section of the probe is immersed in the material or if the wire 26 according to FIG. 1 is removed from the material, so there is a change in the inductance and the parasitic capacitance of the probe and thus also a Change in the resonance oscillation state of the oscillator 64. The change in the resonance oscillation state is through the Detected demodulator 65 and changed the output signal at the comparator 66.
Das Ausgangssignal vom Vergleicher 66 durchläuft eine Laufzeitschaltung 67 (Fig. 2), deren Aufgabe es ist, eine gewisse zeitliche Verzögerung des Ausgangssignals des Vergleichers einzuführen.The output signal from the comparator 66 passes through a delay circuit 67 (Fig. 2), the task of which is a certain time delay of the output signal of the comparator to introduce.
Die Laufzeitschaltung 67 weist einen Transistor 40 aufThe delay circuit 67 has a transistor 40
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und bestimmt die/zeitliche Verzögerung Z^t durch den Wert der Komponenten einer RC-Schaltung, nämlich einen Widerstand 38 und einen Kondensator 39.and determines the / time delay Z ^ t by the value of the Components of an RC circuit, namely a resistor 38 and a capacitor 39.
Das Ausgangssignal vom Vergleicher 66 wird nach dem Durchlaufen der Laufzeitschaltung 67 von der Sonde über das vieladrige Verbindungskabel 11 in den Elektronikteil von Fig. überführt. Im Elektronikteil wird das Signal in einer Relaisschaltung 62 mit DT-Kontakten weiterverarbeitet.The output signal from the comparator 66 is after passing through the delay circuit 67 from the probe via the Multi-core connecting cable 11 transferred to the electronics part of FIG. In the electronics part, the signal is in a relay circuit 62 processed with DT contacts.
Abhängig davon, ob das Ausgangssignal des Vergleichers 66 ein Logiksignal "0" oder ein Logiksignal "1" ist, wird ein Transistor 10 gesperrt oder in den Sättigungszustand gebracht, worauf ein Relais (Fig. 3) erregt oder aberregt wird.Depending on whether the output signal of the comparator 66 is a logic signal "0" or a logic signal "1", a Transistor 10 blocked or brought into the saturation state, whereupon a relay (Fig. 3) is energized or de-energized.
Die Relaiskontakte sind durch Drähte mit der Klemmleiste 2 verbunden und geben durch ihre Position an, ob die Sonde sich außerhalb desMaterials oder in das Material eingetaucht befindet. Die Relaiskontakte können so zur Durchführung von Anzeige- oder Steuer-Funktionen herangezogen werden.The relay contacts are connected by wires to the terminal block 2 and indicate by their position whether the probe is outside the material or immersed in the material. The relay contacts can be used to carry out display or control functions can be used.
Der Füllhöhenanzeiger arbeitet mit einer Stromversorgung von 220 V/50 Hz. Die Energiequelle 61 ist in den Elektronikteil einbezogen und so ausgelegt, daß sie bei Anschluß an 220 V eine ungeregelte Gleichspannung an ihrem Ausgang abgibt. Der Transformator Tr ist Teil der Energiequelle 61. Gleiches gilt für den Diodengleichrichter 3 und die Zenerdioden 5 und 6, die der Spannungsbegrenzung dienen.The level indicator works with a power supply of 220 V / 50 Hz. The energy source 61 is in the electronics part included and designed in such a way that, when connected to 220 V, it has an unregulated DC voltage at its output gives away. The transformer Tr is part of the energy source 61. The same applies to the diode rectifier 3 and the Zener diodes 5 and 6, which are used to limit the voltage.
Vom Elektronikteil mit Energiequelle 61 werden über das Verbindungskabel 11 die erforderlichen Betriebsspannungen auch für einen Spannungsregler 15 der Sonde gaLiefert (Fig. 2, Fig. 3) Dieser in integrierter Schaltung aufgebaute Spannungsregler 15The necessary operating voltages are also supplied from the electronics part with the energy source 61 via the connecting cable 11 for a voltage regulator 15 of the probe ga (Fig. 2, Fig. 3) This voltage regulator 15 built in an integrated circuit
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ist ein Bestandteil der Sondenelektronik und gibt eine stabilisierte Spannung für die Versorgung der Sondenbauelemente ab, wie in Fig. 2 angedeutet.is part of the probe electronics and provides a stabilized Voltage for supplying the probe components, as indicated in FIG. 2.
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BezugszeichenlisteList of reference symbols
15 Spannungsregler15 voltage regulator
19 Kapazität19 capacity
20 Transistor20 transistor
Die Bedeutung der übrigen Bezugszeichen ergibt sich aus den in den Figuren verwendeten SchaltSymbolenThe meaning of the other reference symbols results from those used in the figures Switching symbols
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Claims (5)
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