DE3835406A1 - DEVICE FOR MEASURING A LEVEL - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING A LEVEL

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Abstract

A state of fill-determining apparatus comprising a transmitter and receiver arrangement (3) for sound pulses, which sound pulses are, in use, reflected at the surface (4) of the filling medium (1) and at a reference reflector (14) and from the there-and-back transit time of which the state of fill is determined. The transmitter and receiving arrangement (3) comprises a bi-directional electro-acoustic transducer (9) of which, in use, the oscillations die away within a predetermined time period after excitation by a reflected sound pulse or an electrical transmit signal. To prevent the state of fill from exceeding an upper limiting value an additional state of fill sensor (23) is arranged to respond to the attainment of a predetermined state of fill at which the spacing of the surface of the filling medium (1) from the bi-directional electro-acoustic transducer (3) has approximated to a distance which would be traversed twice by a sound pulse during the predetermined time period. The sensor (23) may include electrodes (22) which sense electrical conductivity changes or other types of switching devices. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen eines Füllstandes, mit einem Sende-Empfangsgerät für Schallimpulse, die an der Oberfläche des Füllgutes reflektiert werden und aus deren Hin- und Rücklaufzeit ein Maß für den Füllstand ermittelt wird, wobei das Sende-Empfangsgerät einen bidirektionalen elektroaku­ stischen Umformer aufweist, dessen Schwingungen nach einer Anregung durch einen reflektierten Schallimpuls oder ein elektrisches Sendesignal innerhalb einer vorbe­ stimmten Zeitspanne abklingen.The invention relates to a device for Measuring a fill level with a transceiver for sound impulses on the surface of the product be reflected and from their return and return times a measure of the level is determined, the Transceiver a bidirectional electroaku has static converter, the vibrations after an excitation by a reflected sound pulse or an electrical broadcast signal within a vorbe agreed period of time subside.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 24 44 222), die hauptsächlich zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit verwendet wird und oberhalb der voraus­ sichtlich höchsten Lage der Oberfläche des Füllgutes eingebracht wird, muß ein vorbestimmter Mindestabstand zwischen dem Sende-Empfangsgerät und der Oberfläche des Füllgutes eingehalten werden, um sicherzustellen, daß die Schwingungen des bidirektionalen elektroakusti­ schen Umformers, der ein elektrisches Signal in Schall­ schwingungen und Schallschwingungen in ein elektrisches Signal umformt, nach Aussendung eines Schallimpulses abgeklungen sind, bevor der reflektierte Schallimpuls empfangen wird, um Meßfehler zu vermeiden. Wenn das Sende-Empfangsgerät ferner mit einem Referenzreflektor versehen ist, der am Ende einer Vergleichsstrecke ange­ ordnet und durch einen Träger mit dem Gehäuse des Sende-Empfangsgeräts verbunden ist, muß der vorbestimmte Min­ destabstand größer als die Vergleichsstrecke sein, damit die durch einen am Refrenzreflektor reflektierten Im­ puls angeregten Schwingungen des elektroakustischen Umformers ebenfalls abgeklungen sind, bevor der an der Oberfläche des Füllguts reflektierte Schallimpuls empfan­ gen wird. Wenn daher bei einer solchen Meßvorrichtung der Füllstand (Wasserstand) plötzlich soweit ansteigt, daß der vorbestimmte Mindestabstand unterschritten wird, so daß bereits innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne, innerhalb der die Schwingungen des bidirektionalen elek­ troakustischen Umformers abklingen, ein reflektierter Schallimpuls empfangen wird, tritt ein Meßfehler auf, da sich die noch vorhandenen Schwingungen des elektroaku­ stischen Umformers mit den durch den reflektierten Schallimpuls angeregten Schwingungen überlagern. Wenn ein Referenzreflektor vorgesehen ist, kann ferner der Fall eintreten, daß nicht mehr zwischen dem am Refrenz­ reflektor reflektierten und dem an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Schallimpuls unterschieden werden kann. Die Folge kann sein, daß beim Füllen eines Behäl­ ters dieser überläuft, insbesondere bei einem Füllgut in Form von Wasser eine Überschwemmung auftritt.In a known device of this type (DE-OS 24 44 222), mainly for measuring the level a liquid is used and above that in advance the highest position of the surface of the product is introduced, a predetermined minimum distance between the transceiver and the surface of the filling material are observed to ensure that the vibrations of the bidirectional electroacoustic converter, which converts an electrical signal into sound  vibrations and sound vibrations in an electrical Signal transformed after sending a sound pulse have subsided before the reflected sound pulse is received to avoid measurement errors. If that Transceiver also with a reference reflector is provided, which is at the end of a comparison route arranges and through a carrier with the housing of the Transceiver is connected, the predetermined min distance must be greater than the comparison distance, so which are reflected by an Im pulse excited vibrations of the electroacoustic The converter has also decayed before the Reflected sound pulse received on the surface of the medium will. If, therefore, with such a measuring device the level (water level) suddenly rises so far, that the predetermined minimum distance is undershot, so that within the predetermined period of time, within which the vibrations of the bidirectional elec decay, a reflected one Is received, a measurement error occurs, since the still existing vibrations of the electroaku static converter with those reflected by the Superimposed sound impulse vibrations. If a reference reflector is provided, the In the event that no more between the on the Refrenz reflector and reflected on the surface of the Fillings reflected sound pulse can be distinguished can. The result may be that when filling a container ters this overflows, especially with a product a flood occurs in the form of water.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvor­ richtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der die Gefahr eines Überlaufs vermieden ist.The invention has for its object a Meßvor to indicate direction of the generic type in which the risk of overflow is avoided.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein (zusätzlicher) Füllstandsfühler vorgesehen ist, der auf das Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes anspricht, bei dem sich der Abstand der Oberfläche des Füllgutes vom bidirektionalen elektroakustischen Umfor­ mer der Länge einer Strecke angenähert hat, die von einem Schallimpuls während der vorbestimmten Zeitspanne zweimal durchlaufen wird.According to the invention this object is achieved in that an (additional) level sensor is provided, on reaching a predetermined level appeals, in which the distance of the surface of the Filling goods from bidirectional electro-acoustic form has approximated the length of a distance from a sound pulse during the predetermined period will go through twice.

Dieser zusätzliche Füllstandsfühler spricht an, bevor der vorbestimmte Mindestabstand unterschritten wird, wobei er beispielsweise eine Unterbrechung der Füllgutzu­ fuhr und/oder einen Alarmgeber auslösen kann.This additional level sensor responds before the predetermined minimum distance is undershot, for example, an interruption of the filling material drove and / or trigger an alarm.

Wenn die Meßvorrichtung einen Referenzreflektor in einem festen Abstand vom Sende-Empfangsgerät zwischen diesem und dem Füllgut aufweist, kann dafür gesorgt sein, daß der Füllstandsfühler ein Berührungsfühler mit einem Fühlkopf ist, dessen Abstand vom bidirektionalen elektro­ akustischen Umformer größer als der des Referenzreflek­ tors ist. Obwohl der zusätzliche Zustandsfühler auch berührungslos, z.B. durch Schall- oder Lichtreflexionen, messen oder als Lichtschranke ausgebildet sein könnte, hat ein Berührungsfühler den Vorteil, daß er von Änderun­ gen des Übertragungsmediums zwischen Fühlkopf und Füllgut und von akustischen bzw. optischen Störsignalen unab­ hängig ist. If the measuring device has a reference reflector in a fixed distance from the transceiver between them and has the contents, can be ensured that the level sensor is a touch sensor with a Sensor head is whose distance from the bidirectional electro acoustic transducer larger than that of the reference reflector tors is. Although the additional condition sensor too non-contact, e.g. through sound or light reflections, measure or be designed as a light barrier, has the advantage of a touch sensor that it from change the medium between the sensor head and the product and independent of acoustic or optical interference signals pending.  

Vorzugsweise ist der Füllstandsfühler ein Leitfähigkeits­ fühler. Dieser kann auf einfache Weise rein elektrisch arbeiten und bedarf daher keines Umformers.The level sensor is preferably a conductivity sensor. This can be done purely electrically in a simple manner work and therefore does not require a converter.

Wenn bei einer solchen Meßvorrichtung mit Leitfähigkeits­ fühler der Referenzreflektor durch einen Träger mit dem Sende-Empfangsgerät verbunden ist, kann eine Weiter­ bildung darin bestehen, daß der Träger zwei elektrisch leitende Tragarme aufweist, die elektrisch nichtleitend durch den Referenzreflektor verbunden sind und mit Meß­ elektroden bildenden Enden auf der dem Sende-Empfangs­ gerät abgekehrten Seite des Referenzreflektors vorste­ hen. Dieser Träger hat daher zwei Funktionen in einem: Zum einen dient er als Halter für den Refrenzreflektor, um diesen in dem festen Abstand vom Sende-Empfangsgerät zu halten, und zum anderen wirken seine freien Enden als Leitfähigkeits-Meßelektroden.If with such a measuring device with conductivity the reference reflector with a support the transceiver is connected, a further education consist of the carrier being two electric has conductive support arms that are electrically non-conductive are connected by the reference reflector and with measuring electrode-forming ends on the transceiver on the opposite side of the reference reflector hen. This carrier therefore has two functions in one: On the one hand, it serves as a holder for the reference reflector, around this at a fixed distance from the transceiver to hold, and secondly its free ends act as conductivity measuring electrodes.

Die nicht-leitende Verbindung der Tragarme durch den Referenzreflektor kann auf einfache Weise dadurch er­ reicht werden, daß der Referenzreflektor aus elektrisch isolierendem Material besteht.The non-conductive connection of the support arms through the Reference reflector can be done in a simple way be enough that the reference reflector from electrical insulating material.

Ferner können die Tragarme, ausgenommen ihre die Meßelek­ troden bildenden Enden, einen elektrisch isolierenden Belag aufweisen. Dieser Belag verhindert, daß die Meß­ elektroden im Falle einer unbeabsichtigten Befeuchtung der Oberfläche des Referenzreflektors kurzgeschlossen werden. Furthermore, the support arms, except for the measuring ele trode-forming ends, an electrically insulating Have covering. This coating prevents the measuring electrodes in case of accidental humidification shorted the surface of the reference reflector will.  

Sodann kann bei einer Vorrichtung mit einer in Abhängig­ keit von dem Zeitabstand eines elektrischen Empfangsim­ pulses von einem elektrischen Sendeimpuls eine elek­ trische Ausgangsgröße erzeugenden Zeitmeßeinrichtung dafür gesorgt sein, daß am Ausgang der Zeitmeßeinrichtung eine Betätigungseinrichtung für einen Alarmgeber und/oder einen Füllgutförderer angeschlossen ist, daß die Betäti­ gungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Zeitabstand der elektrischen Eingangsimpulse der Zeitmeßeinrichtung, der sich der vorbestimmten Zeitspanne angenähert hat, ein Betätigungssignal erzeugt, daß der Füllstandsfühler einen elektrische Impulse erzeugenden Oszillator auf­ weist, deren Impulsabstand kleiner als die vorbestimmte Zeitspanne ist, und daß der Oszillatorausgang mit dem Eingang der Zeitmeßeinrichtung verbunden ist. Bei dieser Ausbildung wird die ohnehin vorgesehene Zeitmeßeinrich­ tung mehrfach ausgenutzt, d.h. sowohl für die normale Messung des Abstands der Sende- und Empfangsimpulse als auch für die Überwachung des durch den Füllstandsfüh­ ler festgestellten vorbestimmten Füllstandes, bei dessen Überschreitung die Gefahr eines Überlaufs besteht. Sobald der Füllstandsfühler anspricht, wird der Oszillator eingeschaltet und damit das Betätigungssignal für den Füllgut-Förderer und/oder den Alarmgeber ausgelöst. Darüber hinaus ergibt sich eine doppelte Sicherheit für das Ansprechen der Betätigungseinrichtung: Wenn der Zustandsfühler ausfallen sollte, kann dennoch die Betätigungseinrichtung bei Unterschreitung eines der vorbestimmten Zeitspanne entsprechenden Zeitabstands der Sende- und Empfangsimpulse ansprechen, sofern das Überschreiten des vorbestimmten Füllstandes nicht zu rasch erfolgt.Then one device can be dependent on one of the time interval of an electrical reception pulses from an electrical transmission pulse an elec trical output quantity generating time measuring device be sure that at the exit of the time measuring device an actuating device for an alarm device and / or a filling material conveyor is connected, that the actuator supply device depending on a time interval the electrical input pulses of the time measuring device, that has approached the predetermined period of time, an actuation signal generates that the level sensor an electrical pulse generating oscillator points, whose pulse interval is smaller than the predetermined Time period is, and that the oscillator output with the Input of the time measuring device is connected. At this Training will be the timekeeping facility already provided used several times, i.e. both for normal Measurement of the distance between the transmit and receive pulses as well as for the monitoring of the by the fill level ler determined predetermined level, at the There is a risk of overflow. As soon as the level sensor responds, the oscillator switched on and thus the actuation signal for the Product conveyor and / or the alarm transmitter triggered. There is also double security for the actuation of the actuating device: if the condition sensor should fail, can nevertheless Actuator when falling below one of the predetermined period of time corresponding time interval of the transmit and receive pulses, if that Do not exceed the predetermined fill level done quickly.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher beschrieben.The invention and its developments are as follows based on the drawing of a preferred embodiment described in more detail.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zum Messen des Füllstandes eines Füllgutes 1 in Form einer Flüssigkeit in einem Behälter 2. Die Vorrichtung enthält ein Sende-Empfangsgerät 3 für Schallimpulse, die an der Oberfläche 4 des Füllgutes 1 reflektiert werden und deren Hin- und Rücklaufzeit gemessen wird, um daraus ein Maß für den Füllstand zu ermitteln. Ferner enthält die Vorrichtung eine Einrichtung 5 zum Senden und Empfangen elektrischer Impulse, zum Messen des Ab­ stands der ausgesendeten und empfangenen elektrischen Impulse, zur Anzeige des Füllstandes und zur Betätigung eines Füllgutförderers 6 in Form einer Pumpe und eines Alarmgebers 7 in Abhängigkeit von dem gemessenen Füll­ stand.The device shown in the drawing is used to measure the level of a filling material 1 in the form of a liquid in a container 2 . The device contains a transceiver 3 for sound pulses which are reflected on the surface 4 of the filling material 1 and whose return and return time is measured in order to determine a measure of the filling level. Furthermore, the device contains a device 5 for sending and receiving electrical pulses, for measuring the distance from the transmitted and received electrical pulses, for displaying the fill level and for actuating a feed conveyor 6 in the form of a pump and an alarm device 7 as a function of the measured fill was standing.

Das Sende-Empfangsgerät 3 enthält in einem Gehäuse 8 einen bidirektionalen elektroakustischen Umformer 9, der ihm von der Einrichtung 5 über zwei antiparallel geschaltete Dioden 10 und 11 zugeführte elektrische Signale in Schallwellen umformt und durch ein Fenster 12 im Gehäuse 8 in Richtung auf die Oberfläche 4 des Füllguts 1 aussendet und von der Oberfläche 4 reflektier­ te Schallwellen empfängt, wieder in elektrische Signale umformt und über einen Verstärker 13 zur Einrichtung 5 zurücksendet, wobei die Dioden 10 und 11 zwar die relativ großen elektrischen Signale der Einrichtung 5, nicht jedoch die elektrischen Signale des Umformers 9 und auch nicht die Ausgangssignale des Verstärkers 13 durchlassen. Bei dem bidirektionalen elektroakusti­ schen Umformer 9 handelt es sich um einen piezoelek­ trischen Quarz, der bei Anregung durch ein elektrisches Signal Ultraschallwellen und bei Anregung durch Ultra­ schallwellen ein elektrisches Signal erzeugt. The transceiver 3 contains in a housing 8 a bidirectional electroacoustic transducer 9 , which converts electrical signals supplied to it by the device 5 via two antiparallel connected diodes 10 and 11 into sound waves and through a window 12 in the housing 8 in the direction of the surface 4 emits the filling material 1 and receives sound waves reflected from the surface 4 , converts them back into electrical signals and sends them back via an amplifier 13 to the device 5 , the diodes 10 and 11 being the relatively large electrical signals of the device 5 , but not the electrical signals of the converter 9 and also not the output signals of the amplifier 13 . The bidirectional electroacoustic transducer 9 is a piezoelectric quartz which generates ultrasonic waves when excited by an electrical signal and ultrasonic waves when excited by ultrasonic waves.

Zwischen dem Gehäuse 8 und der Oberfläche 4 des Füllguts ist ein Referenzreflektor 14 in einem festen Abstand A vom bidirektionalen elektroakustischen Umformer 9 angeordnet und durch einen zwei Tragarme 15, 16 aufwei­ senden Träger mit dem Gehäuse 8 verbunden. Der Referenz­ reflektor 14 reflektiert ebenfalls von dem Umformer 9 ausgesendete Schallimpulse zurück zum Umformer 9. Eine in der Einrichtung 5 enthaltene Zeitmeßeinrichtung 17, die den Zeitabstand eines elektrischen Empfangsim­ pulses von einem elektrischen Sendeimpuls eines Impuls­ generators 19 in der Einrichtung 5 mißt und abhängig von dem Zeitmeßwert ein entsprechendes Längenmaß in Form einer elektrischen Ausgangsgröße einer Anzeigeein­ richtung 18 sowie einer Betätigungseinrichtung 20 für den Füllgut-Förderer 6 und den Alarmgeber 7 zuführt, sorgt ferner selbsttätig durch Vergleichen mit einem Sollwert dafür, daß ein interner (nicht dargestellter) Taktgeber während der Hin- und Rücklaufzeit eines vom Umformer 9 ausgesandten und am Referenzreflektor 14 reflektierten Schallimpulses eine konstante Anzahl von Taktimpulsen erzeugt, die unabhängig von einer Änderung des Übertragungsmediums (z.B. der Dichte, Temperatur usw. der Luft) zwischen dem Umformer 9 und dem Referenz­ reflektor 14 dem zweifachen Abstand A entspricht. Die während der Hin- und Rücklaufzeit des an der Oberfläche 4 des Füllguts 1 reflektierten Schallimpulses in der Einrichtung 17 gezählte Anzahl von Taktimpulsen ist daher ein Maß für den Abstand des Umformers 9, von der Füllgut-Oberfläche 4 und damit für den Füllstand des Füllgutes 1, nach dem dieser Abstand vom Abstand zwischen Behälter-Boden und Umformer 9 subtrahiert wurde, und ebenfalls unabhängig von Änderungen des Übertragungsme­ diums zwischen Umformer 9 und Oberfläche 4. Die Tragarme 15 und 16 sind elektrisch leitend und mit einem elek­ trisch isolierenden Belag 21 versehen, der auf der dem Sende-Empfangsgerät 3 abgekehrten Seite des Referenzre­ flektors 14 vorstehende Enden der Tragarme 15, 16 frei­ läßt. Diese freien Enden bilden den Fühlkopf 22 eines Füllstandsfühlers 23 in Form eines Leitfähigkeitsfühlers, der auf die Berührung des Fühlkopfes 22 mit dem Füllgut 1 anspricht.Between the housing 8 and the surface 4 of the filling material, a reference reflector 14 is arranged at a fixed distance A from the bidirectional electroacoustic transducer 9 and connected to the housing 8 by a support arm 15 , 16 having two supports. The reference reflector 14 also reflects sound pulses emitted by the converter 9 back to the converter 9 . A time measuring device 17 contained in the device 5, which measures the time interval of an electrical receive pulse from an electrical transmit pulse of a pulse generator 19 in the device 5 and, depending on the time measurement, a corresponding length in the form of an electrical output variable of a display device 18 and an actuating device 20 for the filling material conveyor 6 and the alarm transmitter 7 , also automatically ensures by comparison with a target value that an internal clock generator (not shown) during the round trip time of a sound pulse emitted by the converter 9 and reflected on the reference reflector 14 has a constant number generated by clock pulses which, regardless of a change in the transmission medium (eg the density, temperature, etc. of the air) between the converter 9 and the reference reflector 14 corresponds to twice the distance A. The number of clock pulses counted in the device 17 during the return and return times of the sound pulse reflected on the surface 4 of the filling material 1 is therefore a measure of the distance of the transducer 9 from the filling material surface 4 and thus of the filling level of the filling material 1 , after this distance was subtracted from the distance between the container bottom and the converter 9 , and also regardless of changes in the transmission medium between the converter 9 and the surface 4 . The support arms 15 and 16 are electrically conductive and provided with an elec trically insulating coating 21 , the reflector 14 on the side facing away from the transceiver 3 protruding ends of the support arms 15 , 16 free. These free ends form the sensor head 22 of a level sensor 23 in the form of a conductivity sensor which responds to the contact of the sensor head 22 with the filling material 1 .

Der Referenzreflektor 14 besteht aus isolierendem Mate­ rial und stellt daher eine isolierende Verbindung der Tragarme 15, 16 dar, so daß diese auch bei einer Befeuch­ tung des Referenzreflektors 14, z.B. durch das flüssige Füllgut 1, nicht elektrisch miteinander verbunden werden. Das gleiche wird auch durch den isolierenden Belag 21 der Tragarme 15, 16 erreicht, die außerdem isolierend durch das elektrisch leitende Gehäuse 8 hindurchgeführt sind.The reference reflector 14 consists of insulating mate rial and therefore represents an insulating connection of the support arms 15 , 16 , so that they are not electrically connected to each other even when the reference reflector 14 is moistened, for example by the liquid filling material 1 . The same is also achieved by the insulating covering 21 of the support arms 15 , 16 , which are also passed through the electrically conductive housing 8 in an insulating manner.

Der Füllstandsfühler 23 enthält eine Meßbrücke 24 aus ohmschen Widerständen 25 bis 27 und der Strecke zwischen den Meßelektroden 22. Im Brücken-Nullzweig liegt ein Schmitt-Trigger 28, der bei einer Verstimmung der Meß­ brücke 24 im Falle einer leitenden Verbindung der Meß­ elektroden 22 durch das Füllgut 1 ausgelöst wird und durch Abgabe einer Betriebsspannung für einen Oszillator 29 diesen einschaltet. Der Oszillator 29 erzeugt elek­ trische Impulse, deren Impulsabstand kleiner als eine vorbestimmte Zeitspanne ist, innerhalb der durch ein elektrisches Sendesignal oder einen reflektierten Schall­ impuls angeregte Schwingungen des Umformers 9 abgeklungen sind. Der Ausgang des Oszillator 29 ist ebenso wie der Ausgang des Verstärkers 13 mit dem Eingang der Zeitmeß­ einrichtung 17 verbunden. The level sensor 23 contains a measuring bridge 24 made of ohmic resistors 25 to 27 and the distance between the measuring electrodes 22 . In the bridge zero branch there is a Schmitt trigger 28 which , in the event of a detuning of the measuring bridge 24 in the case of a conductive connection of the measuring electrodes 22 , is triggered by the filling material 1 and switches on the operating voltage for an oscillator 29 . The oscillator 29 generates elec trical pulses, the pulse spacing is less than a predetermined period of time within which pulses excited by an electrical transmission signal or a reflected sound vibrations of the converter 9 have decayed. The output of the oscillator 29 is, like the output of the amplifier 13, connected to the input of the time measuring device 17 .

Eine Stromversorgungseinrichtung 30, bestehend aus einem ohmschen Widerstand 31, einem diesem nachgeschalteten Gleichrichter 32 und einem am Ausgang des Gleichrichters 32 angeschlossenen Glättungskondensator 33, erzeugt aus den über die Verbindungsleitung 34 zwischen der Einrichtung 5 und dem Sende-Empfangsgerät 3 übertragenen Impulsen die Betriebsspannung für den Verstärker 13, die Meßbrücke 24 und den Schmitt-Trigger 28.A power supply device 30 , consisting of an ohmic resistor 31 , a rectifier 32 connected downstream thereof, and a smoothing capacitor 33 connected to the output of the rectifier 32 , generates the operating voltage for the operating voltage from the pulses transmitted via the connecting line 34 between the device 5 and the transceiver 3 Amplifier 13 , measuring bridge 24 and Schmitt trigger 28 .

Der Abstand B des durch die Meßelektroden 22 gebildeten Fühlkopfes vom Umformer 9 ist größer als der Abstand A und so gewählt, daß die Hin- und Rücklaufzeit eines an der Oberfläche 4 reflektierten Schallimpulses, wenn der Füllstand soweit angestiegen ist, daß die Oberfläche 4 den Fühlkopf 22 berührt, gleich oder kleiner als die Zeitspanne ist, während der Schwingungen des Umformers 9 nach einer Anregung durch ein elektrisches Sendesignal oder einen reflektierten Schallimpuls abgeklungen sind.The distance B of the sensing head formed by the measuring electrodes 22 from the transducer 9 is greater than the distance A and is chosen so that the return time of a sound pulse reflected on the surface 4 when the level has risen so far that the surface 4 the sensing head 22 touches, is equal to or less than the time period during which the vibrations of the converter 9 have decayed after being excited by an electrical transmission signal or a reflected sound pulse.

Wenn daher der Füllstand bzw. die Oberfläche 4 des Füll­ guts 1 im Behälter 2 den Fühlkopf 22 erreicht, so daß eine leitende Verbindung zwischen den Meßelektroden auftritt, wird der Schmitt-Trigger 28 durch die Meßbrücke 24 ausgelöst und der Oszillator 29 eingeschaltet. Die Zeitmeßeinrichtung 17 stellt daher einen Zeitabstand zwischen den ihr vom Oszillator 29 zugeführten Impulsen fest, der kleiner als die vorbestimmte Zeitspanne ist, innerhalb der die Schwingungen des Umformers 9 abgeklun­ gen sind. Der Ansprech-Schwellenwert der ebenfalls als Schmitt-Trigger ausgebildeten Betätigungseinrichtung 20 ist so gewählt, daß die Betätigungseinrichtung 20 bei diesem Zeitmeßwert anspricht und den Füllgut-För­ derer 6 einschaltet, der daraufhin das Füllgut aus dem Behälter 2 abpumpt und auf diese Weise ein Überlaufen des Behälters 2 und damit eine Überschwemmung verhindert, da der Fühlkopf 22 unterhalb der Oberkante des Behälters 2 liegt. Gleichzeitig wird der Alarmgeber 7 eingeschal­ tet. Therefore, when the level or the surface 4 of the filling 1 in the container 2 reaches the sensing head 22 so that a conductive connection between the measuring electrodes occurs, the Schmitt trigger 28 is triggered by the measuring bridge 24 and the oscillator 29 is switched on. The time measuring device 17 therefore determines a time interval between the pulses supplied by the oscillator 29 , which is smaller than the predetermined time period within which the vibrations of the converter 9 have ablun conditions. The response threshold value of the actuating device 20 , which is also designed as a Schmitt trigger, is selected so that the actuating device 20 responds at this measured time value and switches on the filling material conveyor 6 , which then pumps the filling material out of the container 2 and in this way overflows the Container 2 and thus prevents flooding, since the sensing head 22 is below the upper edge of the container 2 . At the same time the alarm 7 is switched on.

Sowohl der Abstand A als auch der Abstand B sind größer gewählt als es der Länge einer Strecke entspricht, die ein vom Umformer 9 ausgesandter Schallimpuls während der halben Zeitspanne zurücklegt, in der die nach Anre­ gung durch ein elektrisches Signal oder einen reflektier­ ten Schallimpuls ausgelösten Schwingungen des Umformers abgeklungen sind. Auf diese Weise wird verhindert, daß ein reflektierter Schallimpuls den Umformer 9 erreicht, bevor seine durch den vorhergehenden elektrischen Im­ puls ausgelösten Schwingungen abgeklungen sind. Dadurch werden Meßfehler vermieden. Aus dem gleichen Grunde ist auch der Abstand B minus A des Fühlkopfes 22 vom Referenzreflektor 14 wenigstens so groß gewählt, daß die durch einen am Referenzreflektor 14 reflektierten Schallimpuls ausgelösten elektrischen Schwingungen des Umformers 9 abgeklungen sind, bevor derselbe Schallimpuls an der Oberfläche 4 reflektiert worden und am Umformer 9 eingetroffen ist, wenn der Füllstand den Fühlkopf 22 erreicht hat.Both the distance A and the distance B are chosen to be greater than the length of a distance covered by a sound pulse emitted by the converter 9 during half the period in which the vibrations triggered by excitation by an electrical signal or a reflected sound pulse of the converter have decayed. In this way it is prevented that a reflected sound pulse reaches the converter 9 before its vibrations triggered by the previous electrical pulse have subsided. This avoids measurement errors. For the same reason, the distance B minus A is of the sensing head 22 at least chosen from the reference reflector 14 so great that, triggered by a reflected at the reference reflector 14 sound pulse electrical oscillations of the transducer have subsided 9 before the same sound pulse reflected at the surface 4 and has arrived at the converter 9 when the fill level has reached the sensor head 22 .

Der Schwellenwert der Betätigungseinrichtung 20 ist so gewählt, daß der Zeitabstand der durch den Umformer 9 aus den an der Oberfläche 4 reflektierten Schallimpul­ sen erzeugten elektrische Impulse, wenn der Füllstand den Fühlkopf 22 erreicht, hinreichend klein sein muß, um die Betätigungseinrichtung 20 auszulösen. Daher wird auch dann, wenn der Füllstandsfühler 23, z.B. aufgrund eines Defekts, nicht ansprechen sollte, obwohl der Füll­ stand den Fühlkopf 22 erreicht hat, die Betätigungsein­ richtung 20 durch die vom Umformer 9 erzeugten elek­ trischen Impulse, die der Zeitmeßeinrichtung 17 über den Verstärker 13 zugeführt werden, ausgelöst und der Füllgut-Förderer 6 sowie der Alarmgeber 7 rechtzeitig eingeschaltet, wenn der Füllstand nicht zu rasch an­ steigt, noch bevor die Zeitmeßeinrichtung 17 einen zu niedrigen Impulsabstand bzw. zu hohen Füllstand festge­ stellt hat. Der Füllstandsfühler 23 verhindert dagegen bei ordnungsgemäßer Funktion einen Überlauf und damit gegebenenfalls eine Überschwemmung, weil die vom Oszil­ lator 29 erzeugten Impulse einen wesentlich geringeren Zeitabstand aufweisen können, als die vom Umformer 9 dann erzeugten elektrischen Impulse, wenn der Füllstand den Fühlkopf 22 erreicht. Die Zeitmeßeinrichtung 17 kann daher auch bei raschem Anstieg des Füllstandes rechtzeitig einen zu niedrigen Impulsabstand bzw. einen zu hohen Füllstand feststellen und die Betätigungsein­ richtung 20 auslösen.The threshold value of the actuating device 20 is chosen so that the time interval between the electrical pulses generated by the transducer 9 from the sound impulses reflected on the surface 4 , when the fill level reaches the sensing head 22 , must be sufficiently small to trigger the actuating device 20 . Therefore, even if the fill level sensor 23 should not respond, for example due to a defect, although the fill level has reached the sensor head 22 , the actuating device 20 by the electrical pulses generated by the converter 9 , which the time measuring device 17 via the amplifier 13 are fed, triggered and the filling conveyor 6 and the alarm 7 switched on in good time if the filling level does not rise too quickly, even before the time measuring device 17 has a pulse interval that is too low or the filling level is too high. The level sensor 23 , on the other hand, prevents proper overflow and thus possibly flooding, because the pulses generated by the oscillator 29 can have a significantly shorter time interval than the electrical pulses generated by the converter 9 when the level reaches the sensor head 22 . The time measuring device 17 can therefore detect a pulse pulse that is too low or a level that is too high and trigger the actuating device 20 even if the fill level rises rapidly.

Zwar wäre es auch möglich, das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 28 unmittelbar der Betätigungseinrich­ tung 20 zuzuführen und den Oszillator 29 wegzulassen, doch entfällt durch die Verwendung des Oszillators 29 eine zusätzliche Verbindungsleitung zwischen dem Sende- Empfangsgerät 3 und der zumeist weit entfernt von diesem angeordneten Einrichtung 5.Although it would also be possible to supply the output signal of the Schmitt trigger 28 directly to the actuating device 20 and omit the oscillator 29 , the use of the oscillator 29 eliminates the need for an additional connecting line between the transceiver 3 and the device, which is usually located far from it Setup 5 .

Weitere Abwandlungen können beispielsweise darin be­ stehen, daß der Füllstandsfühler 23, statt auf die Leit­ fähigkeit des Füllguts 1 anzusprechen, als Lichtschranke, Reflexionsfühler, z.B. Licht-Reflexionsfühler, als elektrischer oder magnetischer Annäherungsfühler oder als ein durch einen Schwimmer betätigter Schalter ausge­ bildet wird. Der dargestellte Leitfähigkeitsfühler hat jedoch den Vorteil, daß er im Aufbau sehr einfach und in höherem Maße unabhängig von Störeinflüssen ist. Ge­ gebenenfalls kann der Füllgutförderer 6 oder der Alarm­ geber 7 entfallen.Further modifications may be, for example, that the level sensor 23 , instead of responding to the conductivity of the filling material 1 , is formed as a light barrier, reflection sensor, for example light reflection sensor, as an electrical or magnetic proximity sensor or as a switch actuated by a float. The conductivity sensor shown, however, has the advantage that it is very simple in construction and is to a greater extent independent of interference. If necessary, the filling material conveyor 6 or the alarm transmitter 7 can be omitted.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Messen eines Füllstandes, mit einem Sende-Empfangsgerät für Schallimpulse, die an der Oberfläche des Füllgutes reflektiert werden und aus deren Hin- und Rücklaufzeit ein Maß für den Füllstand ermittelt wird, wobei das Sende-Empfangsgerät einen bidirektionalen elektroakustischen Umformer aufweist, dessen Schwingungen nach einer Anregung durch einen reflektierten Schallimpuls oder ein elektrisches Sendesignal innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne abklingen, dadurch gekennzeichnet, daß ein (zusätz­ licher) Füllstandsfühler (23) vorgesehen ist, der auf das Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes anspricht, bei dem sich der Abstand der Oberfläche des Füllgutes (1) vom bidirektionalen elektroaku­ stischen Umformer (3) der Länge einer Strecke ange­ nähert hat, die von einem Schallimpuls während der vorbestimmten Zeitspanne zweimal durchlaufen wird. 1.Device for measuring a fill level, with a transceiver for sound impulses which are reflected on the surface of the filling material and a measure of the fill level is determined from their return and return times, the transceiver having a bidirectional electroacoustic transducer, whose vibrations subside after excitation by a reflected sound pulse or an electrical transmission signal within a predetermined time period, characterized in that an (additional) fill level sensor ( 23 ) is provided which responds to the reaching of a predetermined fill level at which the distance of the Surface of the filling material ( 1 ) from the bidirectional electroacoustic transducer ( 3 ) has approached the length of a distance that is traversed twice by a sound pulse during the predetermined period. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Referenzreflek­ tor (14) in einem festen Abstand (A) vom bidirektiona­ len elektroakustischen Umformer (9) zwischen diesem und dem Füllgut, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsfühler (23) ein Berührungsfühler mit einem Fühlkopf (22) ist, dessen Abstand (B) vom bi­ direktionalen elektroaukustischen Umformer (9) größer als der (A) des Referenzreflektors (14) ist.2. Device according to claim 1, with a reference reflector ( 14 ) at a fixed distance ( A ) from the bidirectional len electro-acoustic transducer ( 9 ) between this and the filling material, characterized in that the level sensor ( 23 ) is a touch sensor with a sensing head ( 22 ), whose distance ( B ) from the bi-directional electro-acoustic transducer ( 9 ) is greater than that (A) of the reference reflector ( 14 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsfühler (23) ein Leitfähigkeitsfüh­ ler ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the level sensor ( 23 ) is a conductivity sensor. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Referenzre­ flektor (14) durch einen Träger mit dem Sende-Empfangsgerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger zwei elektrisch leitende Tragarme (15, 16) aufweist, die elektrisch nichtleitend durch den Referenzreflektor (14) verbunden sind und mit Meßelektroden (22) bildenden Enden auf der dem Sende-Empfangsgerät (3) abgekehrten Seite des Referenzre­ flektors (14) vorstehen.4. The device according to claim 3, wherein the reference reflector ( 14 ) is connected by a carrier to the transceiver, characterized in that the carrier has two electrically conductive support arms ( 15 , 16 ) which are electrically non-conductive through the reference reflector ( 14 ) are connected and with measuring electrodes ( 22 ) forming ends on the transceiver ( 3 ) facing away from the reference reflector ( 14 ) protrude. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzreflektor (14) aus elektrisch isolie­ rendem Material besteht.5. The device according to claim 4, characterized in that the reference reflector ( 14 ) consists of electrically isolating material. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tragarme (15, 16), ausgenommen ihre die Meßelektroden (22) bildenden Enden, einen elektrisch isolierenden Belag (21) aufweisen. 6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the support arms ( 15 , 16 ), except for their ends forming the measuring electrodes ( 22 ), have an electrically insulating coating ( 21 ). 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, mit einer in Abhängigkeit von dem Zeitabstand eines elek­ trischen Empfangsimpulses von einem elektrischen Sendeimpuls eine elektrische Ausgangsgröße erzeugenden Zeitmeßeinrichtung (17), dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Zeitmeßeinrichtung (17) eine Betä­ tigungseinrichtung (20) für einen Alarmgeber und/oder einen Füllgutförderer (6) angeschlossen ist, daß die Betätigungseinrichtung (20) in Abhängigkeit von einem Zeitabstand der elektrischen Eingangsimpulse der Zeitmeßeinrichtung (17), der sich der vorbestimm­ ten Zeitspanne angenähert hat, ein Betätigungssignal erzeugt, daß der Füllstandsfühler (23) einen elek­ trische Impulse erzeugenden Oszillator (29) aufweist, deren Impulsabstand kleiner als die vorbestimmte Zeitspanne ist, und daß der Oszillatorausgang mit dem Eingang der Zeitmeßeinrichtung (17) verbunden ist.7. Device according to one of claims 2 to 6, with a depending on the time interval of an electrical reception pulse of an electrical transmit pulse an electrical output quantity generating time measuring device ( 17 ), characterized in that at the output of the time measuring device ( 17 ) an actuating device ( 20 ) for an alarm transmitter and / or a filling material conveyor ( 6 ) is connected that the actuating device ( 20 ) generates an actuating signal depending on a time interval of the electrical input pulses of the time measuring device ( 17 ), which has approximated the predetermined time period the level sensor ( 23 ) has an electrical pulse generating oscillator ( 29 ), the pulse spacing is smaller than the predetermined period, and that the oscillator output is connected to the input of the time measuring device ( 17 ).
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