NL8103934A - Inrichting voor het vaststellen van het bereiken van een vooraf bepaalde vulstand in een reservoir. - Google Patents

Description

VO 2263 -1- * 1

Titel: Inrichting voor het vaststellen van het bereiken van een vooraf bepaalde vulstand in een reservoir.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het vaststellen van het bereiken van een vooraf bepaalde vulstand in een reservoir met een sonde die tenminste één in het reservoir reikende trilstaaf heeft, waarvan één einde is ingespannen en het andere einde ter hoogte van de 5 vooraf bepaalde vulstand reikt, een door een wisselspanning bekrachtig-bare eerste elektromechanische omzetter die is ingericht om elke trilstaaf in een mechanische buigtrilling te brengen, een tweede elektromechanische omzetter om de mechanische buigtrillingen om te zetten in elektrische signalen waarvan de amplitude betrokken is op de amplitude 10 van de buigtrillingen, en een inrichting voor het inleiden van aanwijs-en/of schakelprocessen in afhankelijkheid van het uitgangssignaal van de tweede elektromechanische omzetter, terwijl voorzien is in een terugkoppeling van het uitgangssignaal van de tweede elektromechanische omzetter via een versterker naar de eerste elektromechanische omzetter.

15 Een dergelijke inrichting is bekend uit het Britse octrooischrift 839.092. Deze békende inrichting die bedoeld is voor deeltjesvormige media, zoals zand of kool omvat een enkele trillingsstaaf. Een probleem dat zich daarbij voordoet is dat wanneer deze staaf in trilling wordt gebracht, de staaf grote wisselende krachten op de inkleminrichting 20 uitoefent, die zich bij buigtrillingen in de vorm van een tegenrotatie-moment uiten en door de inkleminrichting moeten worden opgenomen. De inkleminrichting voor de staaf moet derhalve een zodanige massa bezitten en zodanig onbelast zijn, dat deze inrichting dit tegenrotatiemoment kan opnemen. De massa van de inkleminrichting moet derhalve met een aantal 25 orden van grootte groter zijn dan de massa van het trillingsonderdeel zelf. Wanneer de massa van de inklemming kleiner is trilt deze mede, waardoor energie verloren gaat. Dit uit zich als een demping van het gehele stelsel en leidt tot een aanmerkelijke reductie van de gevoeligheid van het stelsel. Voorts is de inrichting niet geschikt voor het 30 meten van de vulstand in een met vloeistof gevuld reservoir.

De uitvinding nu heeft tot doel een inrichting van het bovengenoemde type te verschaffen waarbij het geschetste nadeel zich niet voordoet en die bij relatief grote vervaardigingstoleranties een goede 8103934 * * -2- gevoeligheid bezit, welke ook bij variërende bedrijfsomstandigheden onderhonden blijft, terwijl de inrichting bijzonder geschikt is voor het meten van de vulstand in een met vloeistof gevuld reservoir.

Het gestelde doel wordt bij een eerste uitvoeringsvorm van de 5 inrichting volgens de uitvinding bereikt door de inrichting te voorzien van twee trilstaven, waarbij aan het vrije einde van elke trilstaaf een schepvormige verbreding is aangebracht, terwijl elke trilstaaf zich naar de schepvormige verbreding toe versmalt. .......

Het gestelde doel wordt bij een andere uitvoeringsvorm van de 10 inrichting volgens de uitvinding bereikt door toepassing van twee trilstaven waarbij in de nabijheid van het vrije uiteinde van elke trilstaaf in de trillingsrichting verlopende gaten zijn aangebracht.

Door bij de inrichting volgens de uitvinding gebruik te maken van twee trillingsstaven wordt verkregen, dat de door de beide staven opge-15 wekte tegenrotatiemomenten elkaar wederzijds opheffen, zodat geen energie door naar de inkleminrichting overgedragen trillingen verloren gaat. De inkleminrichting kan daarbij relatief licht en goedkoop zijn geconstrueerd. Voorts verkrijgt men evenals bij de bekende inrichting door de verbinding van de beide elektromechanische omzetinrichtingen over een versterker 20 een, het mechanische trillingsstelsel bevattende terugkoppellus, waarover het stelsel steeds met de eigen resonantiefrequentie daarvan wordt bekrachtigd, zelfs wanneer deze eigen resonantiefrequentie verandert.

Ook bij de inrichting volgens de uitvinding is het derhalve niet nodig bij de vervaardiging een bepaalde eigen resonantiefrequentie nauwkeurig 25 te onderhouden en de gevoeligheid van het stelsel wordt ook niet beïnvloed wanneer deze eigen resonantiefrequentie tijdens het bedrijf tengevolge van temperatuurvariaties, vervuiling of dergelijke verandert.

Het is slechts nodig, dat de bandbreedte van de versterker het gehele variatiegebied van de eigen resonantiefrequentie omvat.

30 Daarnaast is het gehele stelsel zeer gevoelig omdat de zelf- bekrachtigde trillingen direkt ophouden wanneer de staven door het indompelen in het vulmateriaal van het reservoir op een geringe wijze worden gedempt.

Bij toepassing van twee trilstaven, zonder dat bijzondere voor-35 zieningen zijn getroffen, zou bij vulstandmeting van een vloeistof 8103934 * * -3- tussen de staven een staande golf worden gevormd, zodat de naar de vloeistof overgedragen trillingsenergie weer naar het stelsel zou worden gereflecteerd, waardoor uiteindelijk niet voldoende energie wordt geabsorbeerd om het stelsel voldoende te dempen. Dit wordt bij de eerste 5 uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding vermeden door de uiteinden van de staven te voorzien van brede schepgedeelten die dunner zijn dan de staven zelf. Daardoor wordt bereikt, dat de niet meer zo starre staven bij het trillen een gedeeltelijk tegengesteld gerichte beweging ten opzichte van een zwaaibeweging uitvoeren, vergelijkbaar met 10 een vinbeweging. Dit leidt tot het langs de vinnen of scheppen ontstaan van een wervelstroming, waarin voldoende energie wordt verbruikt zodat de staven bij het indompelen sterk worden gedempt. Door het vineffekt treedt voorts geen staande golf tussen de staven op.

Bij de andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de 15 uitvinding wordt de demping bewerkt door de gaten in het vrije uiteinde van de staven. Daardoor wordt bij het trillen van de staven een vloeistof-transport door de gaten bewerkt, zodat door de wrijving aan de kanten en de daardoor ontstaande wervelvorming energie wordt onttrokken.

Opgemerkt wordt dat een schep aan het uiteinde van een trilstaaf 20 op zichzelf reeds bekend is uit het bovengenoemde Britse octrooischrift 839.092. De daarin beschreven constructie is evenwel zo star dat van een vineffekt geen sprake kan zijn. Deze bekende inrichting lijkt mede daarom niet geschikt voor toepassing in vloeistof, nog afgezien van het feit dat van slechts een enkele trilstaaf sprake is.

25 Opgemerkt wordt voorts nog dat uit het Amerikaanse octrooischrift 3.133.442 een inrichting bekend is voor het meten van de vulstand in een reservoir, waarbij twee trilelementen, bijvoorbeeld draden of lichte staven, parallel in tegengestelde buig- of longitudinale trillingen worden gebracht. Het betreft hier echter een inrichting 30 voor continue meting van het vulniveau, om welke reden de trilelementen zich over de gehele hoogte van het reservoir uitstrekken, en aan beide einden zijn ingespannen, althans ondersteund worden. Van een vrij uiteinde zoals in de inrichting volgens de uitvinding is derhalve geen sprake.

35 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening, 8103934 .-4- t * waarin fig. 1 een doorsnede weergeeft door een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; fig. 2 een doorsnede weergeeft over de lijn II-II van fig. 1; 5 en fig. 3 een schematische voorstelling is van de elektrische schakeling van de inrichting volgens fig. 1 en 2.

De in fig. 1-3 aangegeven inrichting bevat twee vlakke trillings-staven 1 uit roestvrij staal, die in de tekening sterk verkort zijn 10 weergegeven, zoals door de breukplaats is aangeduid. De staven 1 zijn evenwijdig aan elkaar op een afstand van elkaar aan een uiteinde aan een membraan 2 bevestigd, dat het onderste uiteinde van een van een uitwendige schroefdraad voorzien buisvormig huis 3 afsluit. Het huis 3 is in de van schroefdraad voorziene opening van een wand 20 van het 15 reservoir geschroefd, waarvan de vulstand door de inrichting moet worden bepaald.

De staven 1 zijn door twee evenwijdig naast elkaar gelegen jukken 4, 5 en twee, de jlikken overspannende beugels .6, 7 met elkaar verbonden. De jukken zijn bij de weergegeven uitvoeringsvorm aan het membraan 2 20 gevormd. In de tussenruimte tussen het juk 4 en de beugel 6 resp. het juk 5 en de beugel 7 bevindt zich steeds een piëzo-elektrisch element 8 resp. 9, dat door schroeven 10 vast tussen de beugel en het juk is ingeklemd. Elk piëzo-elektrisch element 8 resp, 9 bestaat uit een. paar piëzo-elektrische, keramische schijven, die aan beide zijden van een 25 zilveren bekleding zijn voorzien. Aan de in het midden op elkaar rustende zilveren bekledingen is steeds een elektrode 11 resp. 12 aangebracht, terwijl de aan de buitenzijde gelegen zilverbekledingen in elektrisch contact met de door het juk resp. de beugel gevormde elektrische massa staan, die op het contact 19 (fig. 3) is aangesloten.

30 Het door het juk 4, de beugel 6 en het piëzo-elektrische element 8 gevormde eerste elektromechanische omzetstelsel is van het door het juk 5, de beugel 7 en het piëzo-elektrische element 9 gevormde tweede elektromechanische omzetstelsel zodanig door de zich daartussen bevindende ruimte 13 ontkoppeld, dat krachten of trillingen van het 35 ene omzetstelsel niet direkt door slechts via het membraan 2 resp. de 8103934 -5- daarmede verbonden staaf 1 naar het andere omzetstelsel kunnen worden overgedragen. Op dezelfde wijze is het membraan 2 ten opzichte van het huis 3 mechanisch ontkoppeld door een ringvormige insnijding 14.

Aan het vrije uiteinde versmallen de staven 1 zich en lopen zij 5 uit in een dunner, schepvormig gedeelte 15.

Pig. 3 toont het elektrische schakelschema van de beschreven inrichting. De elektrode 12 van het piëzo-elektrische element 9 is verbonden met de ingang van een versterker 16, aan de uitgang waarvan de elektrode 11 van het piëzo-elektrische element 8 is aangesloten.

10 Bovendien is op de uitgang van de versterker 16 een drempelwaarde-discriminator 17 aangesloten, die een relais 18 bestuurt.

De beschreven inrichting werkt op de volgende wijze: de piëzo-elektrische, keramische schijven van elke elektromechanische omzet-inrichting zijn elektrisch parallel en mechanisch in serie verbonden.

15 Wanneer aan het piëzo-elektrische element 8 een wisselspanning wordt aangelegd, ontstaat een soort zuigbeweging, welke een doorbuiging van het juk 4 tot gevolg heeft. Daardoor worden de staven 1 in tegenovergesteld gerichte buigtrillingen gebracht. Deze buigtrillingen veroorzaken weer een doorbuiging van het juk 5, waardoor op het piëzo-elektrische 20 element 9 wisselende drukken worden uitgeoefend, die aan de elektrode 12 een elektrische wisselspanning veroorzaken, welke dezelfde frequentie heeft als de mechanische trillingen van de staven 1. Deze wisselspanning wordt toegevoerd aan de ingang van de versterker 16, door deze versterker versterkt en dan weer aan het piëzo-elektrische element 25 8 toegevoerd. De staven 1 worden derhalve bekrachtigd met een wissel spanning waarvan de frequentie nauwkeurig overeenkomt met de eigen resonantiefrequentie van het in eerste instantie door de staven 1, het membraan 2, het huis 3 en de jukken 4 en 5 gevormde mechanische trillingsstelsel. Wanneer deze eigen resonantiefrequentie verandert 30 volgt ook de frequentie van de bekrachtigingsspanning nauwkeurig deze verandering mits de bandbreedte van de versterker 16 dit variatiegebied omvat. Het stelsel bekrachtigt zich praktisch steeds zelf zodra de versterker 16 is ingeschakeld omdat zelfs de kleinste trillingen van de staven 1, die bij een trillingsstelsel met zeer goede kwaliteit 35 steeds aanwezig zijn wanneer de staven ongedempt zijn aan de ingang van 8103934 -6- de versterker 16 een wisselspanning veroorzaken, die voldoende is voor zelfbekrachtiging. Het gehele mechanisch-elektrische stelsel looft in korte tijd aan totdat de versterker 16 is verzadigd en deze geen hogere uitgangswisselspanning kan leveren. Op dat moment is de stationaire 5 toestand ingetreden en trillen de staven 1 met eenhmplitude, die afhankelijk is van de mechanische kwaliteit van het stelsel en de door de versterker 16 geleverde energie. Er treedt dan een evenwichtstoestand tussen de door de versterker geleverde energie en de in het trillings-stelsel en de inklemming daarvan gedissipeerde energie op.

10 De eigen resonantiefrequentie van het stelsel wordt daarbij in eerste instantie bepaald door de lengte L van de staven, de dwarsdoorsnede van de staven en daardoor de verdeling van de massa evenals door de terugstelkracht van het membraan 2 en de jukken 4,5.

Zodra de staven 1 door indompeling in er.n dempend medium b.v.

15 een vloeistof worden gedempt, wordt de amplit -e van de mechanische trilling kleiner, waardoor ook de aan de verst * ker 16 toegevoerde ingangsspanning wordt gereduceerd. Dit heeft v- sr een reductie van de aan de bekrachtigende elektromechanische omzetinrichting toegevoerde energie tot gevolg, zodat de inrichting in korte tijd niet meer wordt 20 bekrachtigd. Daarbij wordt ook de uitgangsspanning van de versterker kleiner en wordt deze tenslotte gelijk aan nul. De op de versterker aangesloten drempelwaardediscriminator 17 reageert bij het overschrijden van een bepaalde spanningswaarde en doet het relais 18 omschakelen. Daardoor wordt aangegeven, dat de vulstand in het reservoir een hoogte 25 heeft bereikt, waarbij de staven 1 in het vulmateriaal zijn gedompeld.

Wanneer de vulstand in het reservoir afneemt worden de staven 1 weer vrijgegeven. Daardoor kan het trillingstelsel weer worden bekrachtigd en zodra de ui tgangs spanning van de versterker 16 weer een vooraf bepaalde waarde overschrijdt, brengt de drempelwaardediscriminator 30 17 het relais 18 weer in de eerste stand, waardoor het overschrijden van de te controleren vulstand wordt aangegeven. Het relais 18 kan natuurlijk ook voor het besturen en inschakelen van bepaalde arbeids-tappen worden gebruikt, waardoor het b.v. mogelijk is de te controleren vulstand automatisch constant te houden.

o \ 8103934 9 -Ί- Ώβ beschreven inrichting wordt steeds bekrachtigd met een wisselspanning waarvan de frequentie nauwkeurig overeenkomt met de dan bestaande eigen resonantiefrequentie van het mechanische tril lings stelsel, zodat een optimaal bedrijf is gewaarborgd. Vervaardigingsvariaties, die bij 5 een seriefabricage steeds aanwezig zijn en tot iets uiteenlopende resonantiefrequenties van de afzonderlijke inrichtingen leiden, hebben op de werking van de inrichting geen nadelige invloed. Ook veranderingen van de resonantiefrequentie op grond van wisselende invloeden tijdens het bedrijf brengen geen bezwaren met zich mede.

10 De overdracht van trillingsenergie naar de inkleminrichting en de wand van het reservoir wordt vermeden door de sterke mechanische ontkoppeling, welke wordt verkregen door de ringvormige insnijding 14 tussen het membraan 2 en het buisvormige huis 3. Bovendien kan door een gunstige verhouding tussen de diameter van het buisvormige huis 3 en de 15 afstand van de staven 1 (lengte van de jukken 4, 5) worden bereikt, dat de trillingsknopen of nulpunten van het trillingsstelsel in een gunstig punt zijn gelegen, zodat naar het buisvormige huis 3 slechts een onschadelijk deel van de trillingsenergie wordt overgedragen.

De beschreven inrichting is meer in het bijzonder geschikt voor 20 het bepalen van de vulstand van vloeistof, hoewel de inrichting ook bij poedervormige materialen kan worden gebruikt. Deze laatste kunnen echter ook dan worden gemeten wanneer de staven 1 over de gehele lengte daarvan een gelijkmatige dwarsdoorsnede en een constante breedte bezitten.

Daarentegen zou bij de vulstandmeting van een vloeistof in dit geval 25 tussen de staven een staande golf worden gevormd, zodat de naar de vloeistof overgedragen trillingsenergie weer naar het stelsel zou worden gereflecteerd, waardoor tenslotte een niet voldoende energie wordt geabsorbeerd om het stelsel voldoende te dempen. Dit wordt bij een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding vermeden door de 30 gaten in het vrije uiteinde van de staven. Daardoor wordt bij het trillen van de staven een vloeistof uitwisseling door de gaten verkregen, zodat door de wrijving aan de kanten en de daardoor ontstaande wervelvormige energie wordt onttrokken. Nog beter werkt in dit geval de in de tekening weergegeven andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens 35 de uitvinding met aan de uiteinden van de staven aangebrachte bredere en 8103934 -8- dunnere schepgedeelten 15. Daardoor verkrijgt men bij het trillen van de staven, dat de niet meer zo starre staven een gedeeltelijk tegengesteld gerichte beweging ten opzichte van de zwaaibeweging uitvoeren (vinbeweging), welke tot gevolg heeft, dat langs de "vinnen1* een "5 wervelstroming ontstaat, waarin voldoende energie wordt verbruikt, zodat de staven bij het indompelen sterk worden gedempt. Door het "vineffekt" wordt verder verhinderd, dat tussen de staven een staande golf wordt gevormd.

De wederzijdse mechanische ontkoppeling van de beide elektro-10 mechanische omzetinrichtingen door de tussenruimte 13 is nodig om te verhinderen, dat trillingsenergie direkt vanuit het piëzo-elektrische element 8 naar het piëzo-elektrische element 9 wordt overgedragen. In dit geval zou het stelsel via de versterker als verbindingsorgaan niet met de mechanische resonantiefrequentie van de staven 1 doch met een 15 hogere frequentie bijvoorbeeld die van het buisvormige huis 3 en het membraan 2 trillen.

8103934

Claims (2)

1. Inrichting voor het vaststellen van het bereiken van een vooraf bepaalde vulstand in een reservoir met een sonde die tenminste één in het reservoir reikende trilstaaf heeft, waarvan één einde is ingespannen en het andere einde ter hoogte van de vooraf bepaalde vulstand 5 reikt, een door een wisselspanning bekrachtigbare eerste elektro- mechanische omzetter die is ingericht om elke trilstaaf in een mechanische buigtrilling te brengen, een tweede elektromechanische omzetter om de mechanische buigtrillingen om te zetten in elektrische signalen waarvan de amplitude betrokken is op de amplitude van de buigtrillingen, en een 10 inrichting voor het inleiden vein aanwijs- en/of schakelprocessen in afhankelijkheid van het uitgangssignaal van de tweede elektromechanische omzetter, terwijl voorzien is in een terugkoppeling van het uitgangssignaal van de tweede elektromechanische omzetter via een versterker naar de eerste elektromechanische omzetter gekenmerkt door twee trilstaven (1), 15 waarbij aan het vrije einde van elke trilstaaf een schepvormige verbreding is aangebracht, terwijl elke trilstaaf (1) zich naar de schepvormige verbreding (15) toe versmalt.

2. Inrichting voor het vaststellen van het bereiken van een vooraf bepaalde vulstand in een reservoir met een sonde die tenminste één 20 in het reservoir reikende trilstaaf heeft, waarvan één einde is ingespannen en het andere einde ter hoogte van de vooraf bepaalde vulstand reikt, een door een wisselspanning bekrachtigbare eerste elektromechanische omzetter die is ingericht om elke trilstaaf in een mechanische buigtrilling te brengen, een tweede elektromechanische omzetter om de 25 mechanische buigtrillingen om te zetten in elektrische signalen waarvan de amplitude betrokken is op de amplitude van de buigtrillingen, en een inrichting voor het inleiden van aanwijs- en/of schakelprocessen in afhankelijkheid van het uitgangssignaal van de tweede elektromechanische omzetter, terwijl voorzien is in een terugkoppeling van het uitgangs-30 signaal van de tweede elektromechanische omzetter via een versterker naar de eerste elektromechanische omzetter gekenmerkt door twee trilstaven (1) waarbij in de nabijheid van het vrije uiteinde van elke trilstaaf in de trillingsrichting verlopende gaten zijn aangebracht. 8103934