DE2940428C3 - Pneumatischer Füllstandsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Eine Einrichtung mit diesen Merkmalen ist bereits Gegenstand des Hauptpatentes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Einrichtung mit dem Ziel weiter auszugestalten, daß die Vorteile des Hauptpatents und darüber hinaus auch die Möglichkeit einer selbsttätigen kontinuierlichen Füllstandsmessung und -anzeige besonders hoher Meß- und Anzeigegenauigkeit unter Anwendung des pneumatischen Füllstandsmeßprinzips — auch bei Lagerbehältern oder anderen Gefäßen mit brennbaren Flüssigkeiten. in denen sich explosive Gas/Luft-Gemisch bzw. Dampf/Luft-Gemische bilden können —, ohne elektrische Leitungsführung innerhalb explosionsgefährdeter Zonen zur Geltung gebracht werden.
Bei den bekannten pneumatischen Füllstandsmessern

M wird bei jeder Messung mit Hilfe einer Handpumpe oder einer manuell direkt oder indirekt gestarteten elektrisch angetriebenen Luftpumpe LuIt über ein Tauchrohr, das bis in Bodennähe des Flüssigkeitslagerbehälter reicht, gegen den Druck der Flüssigkeitssäule in den Behälter gepumpt und durch Messung des dazu erforderlichen Drucks im Tauchrohr ein direktes Maß für die Höhe des hydrostatischen Drucks der Flüssigkeitssäule am unteren Ende des Tauchrohrs ermittelt. Diese pneumatischen Füllstandsmesser bestehen im wesentlichen aus einer Druckluftpumpe und einem Manon>e>er nut entsprechend geeichter Skala. Infolge der natürlichen ,Undichtheilen eines derartigen Systems ist jedoch eine kontinuierliche Füllstandsanzeige, die jederzeit verwertbar ist, nicht gewährleistet, da die Lagergutflüssigkeit nach geraumer Zeit unten in das Tauchrohr eindringt und damit die Meßwerte beeinflußt.

Ferner ist in der DE-OS 19 39 145 ein Pegelstandsmesser an Doppelwand-Flüssigkeitsbehältern in Ver-

^S(l bindung mit Vakuum-Leckkontrolle beschrieben worden, bei dem die Abluft der Vakuumpumpe des Leckkontrollgerätes über eine Abluftleitung durch ein Tauchrohr in die Bodennähe des Lagerbehälters geführt wird, um mit Hilfe eines an die Abluftleitung angeschlossenen Druckmessers ein direktes Maß für die Flüssigkeits-Pegelstandshöhe zu erhalten. Dieser Pegelstandsmesser, der in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wird, unterscheidet sich von den bereits bekannten Füllstandsmessern lediglich' dadurch, daß bei

M> jeder Messung die elektrische Pumpe manuell entweder mittels einer Taste (Schließer) im Antriebsstromkreis der Pumpe in Gang gesetzt wird, oder daß anstelle des Tasters durch Betätigung eines Drei-Wege-Hahns im Leitungssystem der Vakuum-Leckkontrolleinrichtung die Druckverhältnisse am Druckschalter zur Steuerung der Vakuumpumpe so verändert werden, daß der Druckschalter die Vakuumpumpe in Betrieb setzt. Auch bei dieser Füllstandsmeßeinrichtung findet keine selbst-

tätige kontinuierliche Messung und Anzeige der echten Füllstandswerte statt und gelten die gleichen Nachteile der durch natürliche Undichtheiten des Systems bedingten Druckänderungen.

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung wird die oben genannte Aufgabenstellung erfindungsgemäß mittels der in dem Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert

Es zeigt schematisch und in stark vereinfachter Darstellung

Fig. 1 das grundsätzliche Funktionsprinzip des pneumatischen Füllstandsmessers für selbsttätige kontinuierliche Füllstandsmessung und Füllstandsanzeige,

F i g. 2 ein Schaltlaufplan der SteuerlogiV als Beispiel der verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Füllstandsmessers.

Bei dem in F i g. 1 schematisch dargestellten grundsätzlichen Funktionsprinzip mag es sich beispielsweise um einen pneumatischen Füllstandsmesser für selbsttätige kontinuierliche Füllstandsmessung handeln, dessen Tauchrohr 7 mit der Meßtasse 8 (au Bestandteil des Tauchrohrs wird die Meßtasse nachfolgend nicht mehr besonders erwähnt, da sie für die Wirkungsweise der Erfindung nicht von besonderer Bedeutung ist) in dem auf Füllstandszustand beziehungsweise Füllstandsänderung zu überwachenden Flüssigkeitslagerbehälter I derart angeordnet ist, daß das Tauchrohr bis zur Behältersohle oder in deren Nähe reicht. In dem Flüssigkeitslagerbehälter befindet sich das flüssige Lagergut 2. das über die. Füllrohrleitung 5 eingefüllt und über die Entnahmeleitung 3 mittels der Entnahmepumpe 4 betriebsmäßig entnommen werden kann. Der Flüssigkeitslagerbehälter 1 ist über den Be- und Entlüftungsstutzen 6 oberhalb des Lagergutspiegels ständig mit der Atmosphäre verbunden. Der Innenraum des Tauchrohrs wird über die Tauchrohrleitung 9 durch die Luftpumpe 10 in einem engen Luft-Solldruckbereich gehalten, der betriebsmäßig mindestens so groß ist wie der hydrostatische Druck der Lagergutflüssigkeit am unteren Ende des Tauchrohrs. Der Druck innerhalb des Tauchrohrs wird durch den an die Tauchrohrleitung 9 angeschlossenen Druckmesser 11 — beispielsweise ein Manometer — gemessen und angezeigt und/oder in eine elektrische Steuergröße gewandelt In der Verbindungsleitung zwischen Tauchrohrleitung 9 und Druckmesser 11 sind das Luftstoß-Dämpfungsvolumen 12 beispielsweise ein kleiner Rezipient — und die Luftstoß-Dämpfungsdrossel 13 - beispielsweise eine Luftströmungsdrossel — angeordnet Die.-« Dämpfungsorgane wirken sich vorteilhaft auf die Stör- und Anzeigeempfindlichkeit aus, da sie die durch den Pumpbetrieb oder Behälterfüllvorgang bedingten Druckschwankungen und Druckstöße dämpfen; für die erfindungsgemäße Wirkungsweise des Füllstandsmessers sind sie jedoch ohne besondere Bedeutung.

Das Zeitschaltglied 14 wird bei jedem Anschalten der elektrischen Stromversorgung 19 gestartet und löst dabei ein sogenanntes Einstellungssignal vorbestimmbarer Dauer aus. Dieses Einstellungssigrtal setzt über das Steuer- und Antriebsteil 18 die Luftpumpe 10 für die Laufzeitdauer des Einstellungssignals in Betrieb. Die Laufzeitdauer des Einstellungssignals wird vorzugsweise derart gewählt, daß die Luftpumpe 10 bei erster Inbetriebnahme des Füllstandsmessers (wenn beispielsweise das Tauchrohr noch mit Lagergutflüssigkeit gefüllt ist) oder nach vorübergehendem Ausfall der Stromversorgung Lagergutflüssigkeit, die infolge natürlicher Undichtheiten des Tauchrohrsystems und der daran angeschlossenen Armaturen und Bauelemente (zum Beispiel: Luftpumpe, Druckmesser usw.) in das Tauchrohr eingedrungen ist, mit Sicherheit wieder in den Lagerbehälter zurückdrängt Kurze Zeit nach dem Abschalten der Luftpumpe bei Ablauf des Einstellungs-

i» signals herrscht zwischen Tauchrohrluftdruck und Lagcrgulflüssigkcitssäule am unteren Ende des Tauchrohrs hydrostatisches Gleichgewicht. Da die während der Laufzeit (Impulsbreite) des Einstellungssignals und in der anschließenden Luftströmungs-Beruhigungsphase gegebenenfalls auftretenden Druckänderungen keine verwertbare Meßgrößen für den Flüssigkeitsfüllstand darstellen und Fehlanzeigen und Fehlsteuerungen verursachen können, ist das Zeitschaltglied 16 vorgesehen, welches — wie das Zeitschaltglied 14 — bei jedem Anschalten der elektrischen Stromversorgung 19 gestartet wird und das gleichfalls ein Signal vorbestimmbarer Dauer (Impulsbreite) zur »Maskierung« der während der Laufzeitpiiase des Einstellungssignals von Zeitschaltglied 14 sowie der Luftströmungs-Beruhigungsphase auftretenden, nicht zur Füllstandsmessung verwertbaren Druckänderungen auslöst.

Der Start von Zcitschaltglied 16 kann sowohl selbsttätig durch Anschalten der Stromversorgung 19 über die Stromversorgungsleitung 20 an das Zcitschalt-

'Ii glied, als auch durch ein Steuersignal von Zeitschaltglied 14 über die Steucrleitung 2t erfolgen. Die Laufzeil (Impulsbreite) des Maskierungssignals soll nach Möglichkeit mindestens so groß, jedoch vorzugsweise wesentlich größer sein, als die Laufzeit (Impulsbreite)

-^1S des Einstellungssignals. Das Maskierungssignal kann beispielsweise die Funktion des Druckmessers 11 für die Dauer der Signallaufzeit (Signal-Impulsbreite) unterbrechen, um eine falsche Füllstandsanzeige oder die Weiterleitung falscher Druckinformationen zu untcrbin-

4() den, zum Beispiel durch Ansteuerung eines 3/2-Wege-Magnetventils handelsüblicher Bauweise, das den Druckmesser von der Tauchrohrleitung vorübergehend abtrennt. Es k?nn aber auch unmittelbar oder indirekt über logische Verknüpfungsschaltungen eine Alarmauslösung bei einer Einrichtung nach dem Hauptpatent zeitlich begrenzt verhindern, beispielsweise durch Blockieren (Rücksetzen) einer Alarm-Flip-Flop-Schaltung für die Dauer (Impulsbreite) des Maskierungssignals.

«· Um die bei betriebsmäßiger Funktion des Füllstandsmessers infolge natürlicher Undichtheiten im Tauchrohr und dem angeschlossenen Leitungssystem auftretenden Druckverluste auszugleichen, so daß kontinuierlich ein hydrostatischer Gleichgewichtszustand vernachlässig

ss barer Streubreite zwischen Tauchrohrinnendruck und Flüssigkeitsdruck am unteren Ende des Tauchrohrs ansteht, ist das Zeitschaltglied 15 vorgesehen, dessen Ausgangsimpulssignal in äquidistanten Zeitabständen die Luftpumpe 10 über das Steuer- und Antriebsieil 18 für eine kurze Zeitdauer in Betrieb setzt

Die Impulsbreite des Ausgangssignals richtet sich vorteilhaft nach den maximal zu erwartenden beziehungsweise zulässigen natürlichen Undichtheiten sowie der mittleren Förderleistung der Luftpumpe — bezogen auf die unterschiedlichen Füllstände; sie dürfte beispielsweise bei normaler betriebsmäßiger Dichtheit der Füllstandsmesser-Armaturen und -Leitungen weit unterhalb einer Sekunde liegen, bei einem Absiand der

Ausgangssignalimpulse von etwa 3 Minuten bis 30 Minuten. Es sind aber auch andere Impulsbreiten- und Impulsabstands-Werte für die erfindungsgemäße Füllstandsmessung möglich.

Bei Anwendung des Füllstandsmessers an Kraftfahrzeugtanks dürften gegebenenfalls kürzere Impulsabstände vorteilhaft sein, um eine genauere Füllstandsmessung zu erreichen.

Als Beispiel der vielen möglichen Ausführungsformen der Steuerlogik für den Luftpumpenantrieb sowie der Maskierung von Druckauswerte- und -anzeigefunktionen des Füllstandsmessers beziehungsweise der Alarmfunktionen der Einrichtung gemäß dem Hauptpatent zeigt F i g. 2 einen vereinfacht dargestellten Schaltlaufplan der Zeitschaltgüeder !4, !5 und 16, des Steuer- und Antriebsteils 18 sowie der Stromversorgung 19 mit den wichtigsten für das Verständnis der Wirkungsweise der Bauelemente notwendigen Außenbeschaltungen.

Bei dem Zeitschaltglied 14 mag es sich beispielsweise um einen handelsüblichen monolithischen Zeitgeber 24 handeln, der bei Anschaltung der Stromversorgung 19 an seinem Ausgang ein positives Signal (H-Zustand), und zwar das bei Erläuterung der Funktion des Fülistandsmessersgemäß Fig. 1 erwähnte Einstellungssignal auslöst. Durch dieses positive Signal (H-Zustand) wird über die Trenndiode 26 und einen nicht näher bezeichneten Strombegrenzungswiderstand (der auch die Ausgangsströmc des Zeitschaltglieds 15 begrenzt) der im Stromkreis der Magnetspule 22 des Luftpumpenantriebs (zum Beispiel der Elektromagnet einer Schwingankerluftpumpe) angeordnete Thyristor 28 durchgeschaltet und somit die Luftpumpe 10 (siehe Fig. l) in Betrieb gesetzt.

Der Strombegrenzungswiderstand, der Thyristor 28 und die Magnetspule 22 des Luftpumpenantriebs sind bei der Darstellung gemäß Fig. 2 in dem Steuer- und Antriebsteil 18 angeordnet. Das Ausgangssignal des Zeiischaitgüedes 14 steuert ferner über die Leitung 21 das Zeitschaltglied 16 an.

Bei dem Zeitschaltglied 16 mag es sich beispielsweise um ein handelsübliches monolithisches Bauelement 29 mit bekannter Außenbeschaltung handeln und zwar um eine monostabile Kippstufe mit Schmitt-Trigger-Eingang, das sowohl durch positive als auch durch negative Impulsflanken angesteuert werden kann und welches an seinem Ausgang 30 negative Signale (L-Zustand) vorbestimmbarer Dauer auslöst Im vorliegenden Anwendungsfall erfolgt die Ansteuerung des Bauelements ausschließlich durch positive Impulsflanken.

Das Zeitschaltglied 16 kann auch als handelsüblicher monolithischer Zeitgeber gleichen oder ähnlichen Typs wie der Zeitgeber 24 (ohne die zusätzliche Trenndiode) ausgebildet sein, wobei die Außenbeschaltung mittels der R-C-Glieder so gewählt werden muß, daß sich eine längere Signallaufzeit (Ausgangsimpulsbreite) ergibt als bei den Werten der Außenbeschaltung des Zeitgebers 24. Bei Anschaltung der Stromversorgung 19 über die Leitung 20 wird am Ausgang des Zeitgebers 29 ein positives Signal (H-Zustand) ausgelöst, das nach Invertierung durch einen (nicht eingezeichneten) Inverter in ein negatives Maskierungssignal (L-Zustand) vorbestimmbarer Dauer (Impulsbreite) — entsprechend dem Maskierungssignal am Ausgang 30 der monostabilen Kippstufe mit Schmitt-Trigger-Eingang 29 — umj;cw;irulelt wird.

Nach Ablauf der Maskierungssignallaufzcil schallet der Ausgang des Zeitgebers wieder in den H-Zustand (hinter dem Inverter) zurück. Die Leitung 21 kann bei einer derartigen Ausführungsform entfallen.

Bei dem Zeitschaltglied 15 mag es sich ebenfalls beispielsweise um einen handelsüblichen Zeitgeber 25 monolithischer Bauweise handeln, der als astabiler Multivibrator geschaltet ist und dem ein inverter 23 mit nachfolgender Trenndiode 27 nachgeordnet ist. Die von dem Zeitgeber 25 periodisch in vorbestimmbaren äquidistanten Zeitabständen erzeugten H-L-H-Impulse vorbestimmbarer Impulsdauer werden nach Invertie-

I» rung durch den Inverter 23 über die Trenndiode 27 und den schon vorstehend beschriebenen gemeinsamen Strombegrenzungswiderstand der Steuerelektrode des Thyristors 28 zugeführt. Der im Steuer- und Antriebsteil 18 angeordnete Thyristor 28 liegt im Stromkreis der M i'.gnetspule 22 des Pumpenantriebs. Diese Magnetspule 22 kann beispielsweise der Antriebselektromagnet einer Schwingankerluftpumpe oder auch einer Luftpumpe mit rotierendem Elektromotorantrieb sein. Bei jeder Impulsauslösung des Zeitgebers 25 schaltet der Thyristor 28 durch, schließt dabei den Stromkreis der Magnetspule 22 und setzt die Luftpumpe für die Impulslaufzeitdauer (Impulsbreitendauer) der jeweiligen Impulse des Zeitgebers 25 in Betrieb.
Anstelle des Thyristors können auch Triacs, mechanisehe Relais oder ähnlich .wirksame steuerbare Schaltvorrichtungen verwendet werden.

Das Gebiet der Erfindung wird nicht verlassen, wenn die Luftpumpen-Steuerlogik des Füllstandsmessers — unter Inkaufnahme der Meßfehler bei Inbetriebnahme

in der Einrichtung beziehungsweise vorübergehendem Ausfall der Stromversoigung sowie in der anschließenden Luftströmungs-Beruhigungsphase — nur aus dem Zeitschaltglied 15, dem Steuer- und Antriebsteil 18 sowie der zugehörigen Stromversorgung 19 besteht, so

is daß die selbsttätige kontinuierliche Aufrechterhaltung des Luftdrucks im Tauchrohr in der jeweiligen Größe der hydrostatischen Druckhöhe der Lagergutflüssigkeit am unteren Ende des Tauchrohrs 7 durch die Luftpumpe 10 sichergestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur selbsttätigen Anzeige von Mengenänderungen in Flüssigkeitsbehältern, bei der unter Anwendung des in dem Patent 29 28 936 angegebenen Verfahren der Istwert der Füllstandsänderung kontinuierlich gemessen und mit einem Sollwert verglichen wird, indem die Messung des Istwerts in konstanen Zeitabständen durchgeführt wird und der Sollwert ein einstellbarer Extremwert für die momentan zulässige Füllstandsänderung ist, mit einem von einem Zeitgeber gesteuerten Momentanwertspeicher, der in vorbestimmaren konstanten Zeitabständen die in elektrische Größen gewandelten Meßwerte eines Füllstandsmessers abfragt, und bei der die am Ausgang des Momentanwertspeichers im Zeitgebertakt anstehenden elektrischen Gleichspanungsschaltsignale nach Potentialabtrennung der Gleichspannungskomponenten und nach Wandlung in Impulse mittels einer Impulsformerstufe getrennt nach abfallender oder ansteigender Flankenrichtung Schwellenwertschaltern zugeführt werden und diese durchschalten (oder umschalten) und damit nachgeschaltete optische und/oder akustische Alarmsignale setzen, wenn infolge einer übermäßig großen Füllstandssenkung oder Füllstandserhöhung und der dadurch bedingten Impulssignaländerung am Eingang der Schwellwertschalter deren Durchschaltschwelle (oder Umschaltschwelle) erreicht ist, nach Patent 2928936, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstandsmesser ein pneumatischer Füllstandsmesser in Form eines bis zur Behältersohle oder in deren Nähe reichenden Tauchrohrs vorgesehen ist, an das eine Luftpumpe zur Erzeugung eines Luftdruckes, der mindestens so groß ist wie der hydrostatische Druck der Lagergutflüssigkeit am unteren Ende des Tauchrohrs, und ein Druckmesser angeschlossen sind

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Betriebsdauer und/oder des Betriebsrhythmus der Luftpumpe ein oder mehrere Zeitschaltglieder vorgesehen sind, durch die der Luftdruck im Tauchrohr auf denjenigen Wert gebracht bzw. auf diesem Wert aufrechterhalten wird, welcher der dem jeweiligen Behälterfüllstand entsprechenden hydrostatischen Druckhöhe der Lagergutflüssigkeit am unteren Ende des Tauchrohrs entspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein (erstes) Zeitschaltglied (14) vorgesehen ist, das durch das Anschalten der elektrischen Stromversorgung bei Inbetriebnahme der Einrichtung oder nach einer vorübergehenden Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung die Luftpumpe (10) für eine vorbestimmbare Einstcllungs-Betriebsdauer in Betrieb setzt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein (zweites) Zeitschaltglied (16) vorgesehen ist, das entweder durch das Anschalten der elektrischen Stromversorgung bei Inbetriebnahme der Einrichtung oder nach einer vorübergehenden Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung oder durch ein Steuersignal des (ersten) Zcitschaltglieds (14) zur Steuerung der Einstcllungs-Betriebsdauer der Luftpumpe (10) gestartet wird und für eine vorbestimmte Betriebsdauer einen Maskierungs-Sehaltvorgang durchführt.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein (drittes) Zeitschaltglied (15)
vorgesehen ist, das die Luftpumpe (10) zur
Aufrechterhaltung des Luftdrucks im Tauchrohr (7)
in der jeweiligen Größe der hydrostatischen
Druckhöhe der Lagergutflüssigkeit am unteren Ende
des Tauchrohrs (7) selbsttätig in vorbestimmbaren
äquidistanten Zeitabständen kurzzeitig in Betrieb
setzt