DE4024110A1 - Vorrichtung zur erfassung der fuellstandshoehe der in einem behaelter vorhandenen fluessigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Füllstandshöhe der in einem Behälter vorhandenen Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige aus der Praxis bekannte Vorrichtung umfaßt bei einem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter, einen Füllstandanzeiger in dem sich entsprechend der Füllstandshöhe der Flüssigkeit ein Schwimmer auf- bzw. abbewegt. Der Schwimmer trägt einen stabförmigen Eisenkern, der in Abhängigkeit der Füllstandshöhe mehr oder weniger in eine oberhalb des Gehäuses des Füllstandanzeigers angeordnete Spule eindringt, um durch Erhöhung des induktiven Widerstandes eine Meß­ größe zu bewirken.

Nachteilig an dieser Ausführung ist, daß die Vorrich­ tung einerseits konstruktiv sehr aufwendig, insbeson­ dere sehr hoch gebaut ist und daher viel Einbauraum benötigt und andererseits einen ferromagnetischen Ei­ senkern zur Erhöhung des induktiven Widerstandes der Spule benötigt, der vom Schwimmer getragen wird, so daß dieser wiederum sehr groß und somit zwangsweise das Gehäuse sehr breit wird.

Aus der DD-PS 1 42 386 ist ein Meßgrößenaufnehmer für eine Flüssigstandanzeige bekannt, bei dem auf ein Rohr eine Primärspule und eine Sekundärspule überein­ ander gewickelt sind und im Rohr ein kleiner eiser­ ner, d. h. magnetisierbarer Schwimmkörper geführt ist, wobei sich die Längen der einzelnen Wicklungslagen der Sekundärspule stufenweise ändern. Nachteilig an dieser Ausführung ist die Notwendigkeit der Verwen­ dung von einerseits zwei Spulen und andererseits ei­ nem gewichtserhöhenden eisernen Schwimmer.

Aus der DE-OS 36 27 499 ist ein Flüssigkeitsstandan­ zeiger zur Erfassung eines Flüssigkeitsstandes unter Verwendung der Änderung der Induktivität einer Spule bekannt, bei der ein Kern aus leitenden magnetischen Materialien vorgesehen ist, der sich innerhalb einer Wicklung der Spule befindet. Nachteilig an dieser Ausführung ist die aufwendige Konstruktion der Anzei­ gevorrichtung und die Verwendung eines magnetisierba­ ren Kerns.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erfassung der Füllstandshöhe der in einem Behälter vorhandenen Flüssigkeit zu finden, die bei konstruktiv einfachem Aufbau eine ausreichend ge­ naue Anzeige der Füllstandshöhe garantiert.

Eine Lösung dieser Aufgabe zeigt eine erfindungsgemä­ ße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Weitere Ausgestaltungen nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 2 eine zweite Ausführung der Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 3 eine dritte Ausführung der Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 4 eine vierte Ausführung der Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Signalauswertung.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung stellen jeweils eine Ein­ fachdrossel dar, bei der der Schwimmer als Kurz­ schlußspule fungiert.

Eine Vorrichtung 1 zur Erfassung der Füllstandshöhe der in einem Behälter (nicht gezeichnet) vorhandenen Flüssigkeit 2 umfaßt ein Gehäuse 3, einen Schwimmer 4 sowie eine Spule 5. Das Gehäuse 3 ist über Öffnungen 6 mit dem Behälter verbindbar. An der Spule 5 anzule­ gende Anschlußdrähte 7 können - falls erforderlich - über druckfeste, dichte Verschlüsse 8 aus der Vor­ richtung 1 herausgeführt werden. Die Windungen der Spulen 5 sind auf einem als Stützkörper dienenden Kunststoffteil 9 aufgewickelt.

Für den Schwimmer 4 werden keine ferromagnetischen Werkstoffe verwendet, da dieser als Kurzschlußwindung wirkt und im Gegensatz zu den seitherigen Ausführun­ gen, bei denen der Eisenkern den induktiven Wider­ stand der Spule erhöht, den induktiven Widerstand der Spule vermindert. Als Werkstoffe werden daher einer­ seits metallische Werkstoffe verwendet, die aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit eine starke Wirkung auf die Spule 5 ausüben, und andererseits elektrisch nichtleitende Werkstoffe wie Kunststoffe, in denen ein metallischer Ring 17 als Kurzschlußwin­ dung eingebettet ist. Kriterien für die Wahl der me­ tallischen Werkstoffe sind gute elektrische Leitfä­ higkeit, geringes spezifisches Gewicht und gute Ver­ arbeitbarkeit, sowie - bei Anwendungen unter hohem Druck - hohe Festigkeit. Da sich Ferromagnetismus nachteilig auswirkt, werden vor allem Aluminium-Le­ gierungen, Messing, Stahl - insbesondere nicht ferro­ magnetischer - als Werkstoffe ausgewählt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein Kunststoffteil 9 innerhalb des durch Deckel 10 ver­ schlossenen Gehäuses 3 aus Metall gelagert und trägt die Spule 5. Der als Kurzschlußwindung wirkende Schwimmer 4 aus einer Aluminium-Legierung bewegt sich innerhalb des auch als Führung für den Schwimmer 4 dienenden Kunststoffteils 9 und der Spule 5 entspre­ chend des jeweiligen Flüssigkeitsstandes nach oben oder unten und verändert somit den induktiven Wider­ stand der Spule 5. Der Spannungsabfall an der Spule 5 wird als Meßgröße für die Füllstandserfassung verwen­ det.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Win­ dungsdichte der auf dem Kunststoffteil 9 aufgewickel­ ten Spule 5 höhenabhängig unterschiedlich und zwar so, daß die Windungsdichte entsprechend einer größe­ ren Füllstandshöhe zunimmt. Hierdurch kann ein Schwimmer 4 geringerer Bauhöhe, insbesondere ein ku­ gelförmiger Schwimmer verwendet werden, da die Induk­ tivität der Spule mit steigender Flüssigkeit, d. h. mit steigendem Schwimmer stärker abnimmt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 kann das die Spulen 5 aufnehmende Kunststoffteil 9 auch umge­ kehrt eingebaut werden, wenn eine Abnahme der Spulen­ induktivität mit zunehmendem Füllstand gewünscht wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von den beiden vorausgegangenen Ausführungsbei­ spielen dadurch, daß mehrere einzelne Spulen 5 axial übereinander angeordnet sind, wodurch bei geeigneter Bauweise des Schwimmers 4 mit geringer Bauhöhe nur eine Spule 5 beeinflußt wird, so daß eine diskontinu­ ierliche Anzeige der Füllstandshöhe erreicht wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist für den Schwimmer 4 ein elektrisch nicht leitender Werkstoff, nämlich Kunststoff, gewählt worden, in den ein metal­ lischer Ring 17 als Kurzschlußwindung eingebettet ist.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 5 ist ein Beispiel für die Auswertschaltung und umfaßt einen Oszillator 11, der über einen Widerstand 12 mit der Spule 5 in Ver­ bindung steht, auf die der Schwimmer 4 als Kurz­ schlußwindung wirkt. Ein über eine Leitung 13 mit der Spule 5 verbundener Verstärker 14 ist einem Gleich­ richter 15 vorgeschaltet, an dessen Ausgang 16 die Meßgröße für die jeweilige Füllstandshöhe entspre­ chend der von der Lage des Schwimmers 4 beeinflußten Induktivität der Spule 5 anliegt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht ge­ zeichnet) ist der Stützkörper für die Windungen der Spule auf der den Windungen zugewandten Seite konisch ausgebildet, so daß trotz konstanter Windungsdichte über die Höhe der Spule in vorteilhafter Weise - ent­ sprechend einer Spule mit variabler Windungsdichte - ein kontinuierliches Signal zur Erfassung der jewei­ ligen Füllstandshöhe erhalten wird.

Um die Führung der flachen oder kugelförmigen Schwim­ mer zu verbessern, können diese mit einem sie mittig durchdringenden Führungsstab versehen sein.

Mit einer derartigen Vorrichtung wird auf konstruktiv einfache Weise ein Füllstandanzeiger geringer Bauhöhe und weniger Einzelteile geschaffen, der sich auch für die Anzeige von unter Druck stehenden Flüssigkeiten bestens eignet, wobei die Linearität der Anzeige ei­ nerseits durch spezielle Formgebung des Schwimmers und andererseits der Spule - z. B. gem. Fig. 2 - be­ einflußt werden kann. Hierdurch werden auch Behälter­ formen mit höhenabhängig unregelmäßigen Flüssigkeits­ oberflächen erfaßbar gemacht.

Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung noch direkt in den Behälter eingebaut werden, wodurch wei­ tere Einzelteile, wie z. B. das Gehäuse entfallen oder vereinfacht werden können.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Erfassung der Füllstandshöhe der in einem Behälter vorhandenen Flüssigkeit unter Verwendung eines in einem Gehäuse auf- und abbe­ wegbaren Schwimmers und einer Spule nach dem Prinzip einer Einfachdrossel, dadurch gekennzeichnet, daß der als Kern fungierende, aus nicht ferroma­ gnetischem Material bestehende Schwimmer (4) eine Kurzschlußwindung darstellt, die bei Änderung der Füllstandshöhe und somit bei Lageänderung des Schwimmers (4) die Induktivität der Spule (5) verändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Kern fungierende Schwimmer (4) bei Ansteigen der Füllstandshöhe und somit des Schwimmers (4) in die Spule (5) eindringt und die Induktivität der Spule (5) verringert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsdichte der Spule (5) bezüglich ihrer Höhe unterschiedlich ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsdichte der Spule (5) entsprechend einer größeren Füllstandshöhe zunimmt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur diskontinuierlichen Anzeige der Füll­ standshöhe mehrere Spulen (5) axial übereinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper für die Spule (5) auf der der Spule (5) zugekehrten Seite konisch ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (4) aus elektrisch nichtleiten­ dem Werkstoff (z. B. Kunststoff) mit einem in ihm eingebetteten metallischen Ring (17) als Kurz­ schlußwindung besteht.