NL8801836A

NL8801836A - Inrichting voor het bepalen van het niveau van het grensvlak tussen een eerste en een tweede medium in een reservoir.

Info

Publication number: NL8801836A
Application number: NL8801836A
Authority: NL
Original assignee: Enraf Nonius Delft
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1990-02-16
Also published as: US5043912A; DE68901828T2; EP0355038A1; DE68901828D1; EP0355038B1

Description

Inrichting voor het bepalen van het niveau van het grensvlak tussen een eerste en een tweede medium in een reservoir

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bepalen van het niveau van het grensvlak tussen twee verschillende media in een reservoir, voorzien van een trillend element, dat alzijdig met de beide media in aanraking kan zijn, en een versterkerschakeling welke te zamen met het trillende element een oscillatorcircuit vormt, waarin het trillende element het frequentie bepalende deel is.

Een dergelijke inrichting is bijvoorbeeld bekend uit het Duitse Offenlegungsschrift 2.631.061. Deze bekende inrichting is bestemd voor het vaststellen van een vloeistof-spiegel. De bekende inrichting is zodanig uitgevoerd, dat het oscillatorcircuit alleen in werking is, wanneer het element geheel vrij is van de vloeistof. Zodra het trillende element in aanraking komt met de vloeistof, stopt de oscillatie. Hierdoor kan de bekende inrichting alleen worden gebruikt voor het detecteren van de aan- of afwezigheid van een vloeistof, waarbij bovendien een storing niet met zekerheid kan worden vastgesteld, aangezien het niet werken van het oscillatorcircuit kan duiden op de aanwezigheid van vloeistof of een defect in het oscillatorcircuit.

De uitvinding beoogt een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarmede met hoge nauwkeurigheid het niveau van het grensvlak tussen de beide media kan worden gemeten, die relatief eenvoudig is uitgevoerd en waarbij een storing met zekerheid kan worden vastgesteld .

Hiertoe heeft de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat het trillende element buigingstrillingen op een resonantiefrequentie uitvoert en dat een verwerkings-eenheid is aangebracht, die de momentele resonantiefrequentie van het trillende element meet en uit deze momentele resonantiefrequentie het niveau van het grensvlak ten opzichte van het trillende element afleidt met behulp van het voorafbepaalde verloop van de resonatiefrequentie als functie van de indompeldiepte van het trillende element in het onderste medium.

Bij de inrichting volgens de uitvinding voert het trillende element buigingstrillingen uit, waarbij bij een overgang van lucht of gas naar een vloeistof de resonantie-frequentie bij indompelen van het element in de vloeistof de resonantiefrequentie weliswaar zal veranderen, doch het element zal blijven trillen. Het verband tussen de resonantiefrequentie en de indompeldiepte van het trillende element blijkt eenduidig vast te liggen, zodat uit de momentele resonantiefrequentie de verwerkingseenheid de indompeldiepte van het trillende element, dat wil zeggen, het niveau van het grensvlak ten opzichte van het trillende element nauwkeurig kan bepalen

De inrichting volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld worden gebruikt als niveaudetector. Zodra bijvoorbeeld tijdens het vullen van het reservoir de vloeistof het trillende element bereikt zal een frequentieverandering optreden, die door de verwerkingseenheid wordt vastgesteld.

De verwerkingseenheid zorgt dan voor het beëindigen van het vullen. Zodra het vullen is beëindigd, kan de verwerkingseenheid nauwkeurig het uiteindelijk door de vloeistof bereikte niveau meten en weergeven.

Bij toepassing als niveaudetector kan de inrichting volgens de uitvinding als alternatief worden gekenmerkt doordat het trillende element buigingstrillingen uitvoert en een verwerkingseenheid is aangebracht, die de momentele resonantiefrequentie van het trillende element bewaakt en bij een frequentieverandering een detectiesignaal afgeeft.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding is het trillende element verbonden met een positio-neerinrichting, die bedienbaar is door de verwerkingseenheid, welke positioneerinrichting het trillende element over de gehele hoogte van het reservoir kan verplaatsen en een positiesignaal aan de verwerkingseenheid levert, dat de positie van het trillende element in het reservoir aangeeft. Op deze wijze kan de inrichting bijvoorbeeld ook worden gebruikt om het niveau van het grensvlak tussen twee, zich niet met elkaar vermengende vloeistoffen in het reservoir te bepalen.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm kan de verwerkingseenheid de positioneerinrichting zodanig bedienen, dat het trillende element het grensvlak tussen de beide media volgt. Hierdoor kan de inrichting als niveaumeetinrichting met hoge nauwkeurigheid worden gebruikt.

Bij beide zojuist beschreven toepassingsmogelijkheden heeft de inrichting volgens de uitvinding het voordeel, dat de eisen, die aan de resolutie van de positioneerinrichting worden gesteld, relatief laag zijn, aangezien het niveau van het grensvlak ten opzichte van het trillende element met hoge resolutie kan worden vastgesteld. De positioneerinrichting moet wel met hoge nauwkeurigheid het trillende element in hoogterichting kunnen verplaatsen, maar mag dit in grove stappen doen ter grootte van maximaal de hoogte van het trillende element.

Volgens een andere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de verwerkingseenheid de positioneerinrichting zodanig bedienen, dat het trillende element ter hoogte van het grensvlak tussen het eerste en het tweede medium wordt gebracht, waarna de positioneerinrichting in deze stand wordt geblokkeerd, waarbij de verwerkingseenheid de resonantie-frequentie van het trillende element bewaakt en een alarmsignaal afgeeft indien de resonantiefrequentie een daling van het grensvlak aangeeft. Op deze wijze kan met hoge gevoeligheid het reservoir op lekken worden gecontroleerd.

Teneinde fouten door vervuiling van het trillende element of dergelijke uit te sluiten, kan de verwerkingseenheid de positioneerinrichting zodanig bedienen, dat het trillende element zich geheel in het eerste resp. geheel in het tweede medium bevindt, waarbij de verwerkingseenheid de bijbehorende resonantiefrequenties van het trillende element bepaalt en vastlegt.

Volgens de uitvinding kunnen temperatuurinvloeden eenvoudig worden gecompenseerd door een temperatuurvoeler ter plaatse van het trillende element aan te brengen, welke temperatuurvoeler een temperatuurcircuit bestuurt, dat een van de temperatuur afhankelijk signaal levert aan de verwerkingseenheid voor het uitvoeren van een temperatuurcompensa-tie bij het bepalen van het niveau van het grensvlak.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding schematisch is weergegeven.

Fig. 1 geeft schematisch een opslagtank met een standpijp weer, waarbij een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is aangebracht.

Fig. 2 geeft sterk vereenvoudigd een alternatieve uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding weer.

Fig. 3 geeft sterk schematisch de inrichting uit fig. 1 weer.

Fig. 4 geeft het zich in het reservoir bevindende gedeelte van de inrichting volgens fig. 1 meer in detail weer.

Fig. 5 toont in detail het trillende element van de inrichting volgens fig. 1.

Fig. 6 toont een kwalitatief voorbeeld van het verloop van de resonantiefrequentie van het trillende element als functie van de indompeldiepte.

In fig. 1 is schematisch een standpijp 1 in een reservoir 1’, zoals bijvoorbeeld een vloeistofopslagtank, weergegeven. In de standpijp 1 die in fig. 3 op grotere schaal is afgebeeld, is een open sonde 2 op en neer beweegbaar door middel van een positioneerinrichting 3. De positioneerinrichting 3 omvat een slechts schematisch aangeduide trommel 4, waarop een kabel 5 is gewikkeld, waaraan de sonde 2 is opgehangen. De trommel 4 is aandrijfbaar door een schematisch aangeduide motor 6, die wordt bediend door een verwerkingseenheid 7. De verwerkings-eenheid 7 kan daarbij de gevierde lengte van de kabel 5 bepalen.

In fig. 4 is het zich in de sonde 2 bevindende gedeelte van de inrichting nader weergegeven. De sonde 2 is voorzien van een trillend membraan 8, dat in fig. 5 in detail is afgebeeld. Het membraan 8 bestaat bij het beschreven uitvoeringsvoorbeeld uit twee keramische piëzo-elektrische schijven 9, 10, die vanwege praktische redenen een diameter van 20-70 mm, bijvoorbeeld 30 mm, hebben en die met hoofdvlakken van gelijknamige polariteit op elkaar zijn bevestigd. In plaats van een schijfvormig membraan 8 zijn ook andere vormen mogelijk, zoals bijvoorbeeld rechthoekig. Op de buitenoppervlakken zijn elektroden 11, 12 bevestigd, waarmee het membraan 8 in een oscillatorschakeling 13 is opgenomen. Tijdens bedrijf zal het membraan 8 buigingstrillingen uitvoeren, zoals schematisch in fig. 5c is aangeduid. In fig.

’ 5b is de knooplijn van het membraan 8 aangeduid met behulp van een streeplijn 14. Het membraan 8 is in een punt van deze knooplijn 14 in een verticale stand opgehangen in de sonde 2. Door op geschikte wijze in de oscillator 13 hogere frequenties te onderdrukken worden de buigingstrillingen van het membraan 8 beperkt tot de eerste trillingsmodus, waarvoor de aangegeven knooplijn 14 geldt. Er vindt bij dergelijke trillingen althans nagenoeg geen stroming van het medium van de ene zijde naar de andere zijde van het membraan 8 plaats.

In de sonde 2 kan tevens een bijvoorbeeld als NTC-weerstand uitgevoerde temperatuurvoeler 15 worden aangebracht, die een spanningsgestuurde oscillator 16 bestuurt. De frequenties van de beide oscillators 13 en 16 worden via een multiplexer 17 toegevoerd aan een FM-modulator 18, welke bijvoorbeeld via de kabel 5 een signaal levert aan een buiten het reservoir 1' opgestelde versterker 19. Het signaal van de versterker 19 wordt via een demodulator/ demultiplexer 20 toegevoerd aan de verwerkingseenheid 7.

De verwerkingseenheid 7 omvat een teller 21 voor het bepalen van de van de demodulator 20 ontvangen frequentie, een interface 22 en een microprocessor 23. Andere bij een microprocessorschakeling gebruikelijke onderdelen, zoals geheugens en een systeemklok zijn niet weergegeven.

In een geheugen zijn enkele gegevens vastgelegd, die de microprocessor 23 gebruikt bij het bepalen van het niveau van het grensvlak tussen twee zich in het reservoir 1' bevindende media uit de momentele resonantiefrequentie van het membraan 8. Deze gegevens zijn de resonantiefrequentie van het membraan als funtie van de indompeldiepte in het onderste medium en de diameter van het membraan 8.

De beschreven inrichting kan voor verschillende doeleinden worden gebruikt, bijvoorbeeld als niveaudetector.

In dat geval kan de sonde 2 op een vast niveau in het reservoir worden gemonteerd, zoals in fig. 2 schematisch is weergegeven. De positioneerinrichting 3 is dan niet nodig. Wanneer het reservoir met vloeistof wordt gevuld, zal de resonantiefrequentie van het membraan 8 dalen, zodra de vloeistof met het membraan 8 in aanraking komt. Deze frequentiedaling wordt door de microprocessor 23 vastgesteld i en door het afgeven van een detectiesignaal gesignaleerd. De microprocessor kan vervolgens bijvoorbeeld het vullen van het reservoir doen beëindigen.

Voorts kan de inrichting als niveaumeetinrichting worden gebruikt, doordat de microprocessor 23 de motor 6 steeds zodanig bedient, dat het membraan 8 ter hoogte van de vloeistofspiegel wordt gehouden. De hoogte van de vloeistof-spiegel ten opzichte van het membraan 8 volgt direct uit de resonantiefrequentie van het membraan 8. In fig. 6 is een voorbeeld van de afhankelijkheid van de resonantiefrequentie van het membraan 8 als functie van de indompeldiepte van het membraan 8 in de vloeistof weergegeven. Deze hoogte kan met behulp van gebruikelijke rekentechnieken met hoge nauwkeurigheid uit de momentele resonantiefrequentie van het membraan worden bepaald met behulp van de bovengenoemde parameters.

Het niveau van de vloeistofspiegel volgt dan uit de hoogte ten opzichte van het membraan 8 en de gevierde lengte van de kabel 5.

Voorts kan de microprocessor 23 de positioneer-inrichting 3 zodanig besturen, dat het membraan 8 in een bepaalde stand ter hoogte van de vloeistofspiegel worden gebracht. Vervolgens wordt de positioneerinrichting 3 geblokkeerd. Hierna kan de microprocessor 23 de resonantiefrequentie van het membraan 8 bewaken. Wanneer uit een verloop van deze resonantiefrequentie blijkt, dat het vloeistofniveau daalt, betekent dit dat ergens in het reservoir lekkage optreedt, en kan de microprocessor 23 een alarmsignaal afgeven.

De microprocessor 23 kan voorts de positioneerinrichting 3 zodanig bedienen, dat het membraan 8 door de vloeistof in het reservoir omlaag wordt bewogen, waarbij het niveau van een eventueel grensvlak tussen twee verschillende vloeistoffen, bijvoorbeeld dieselolie en water, kan worden bepaald. Ten gevolge van de verschillende dichtheden van de zich niet vermengende vloeistoffen zal de resonantiefrequen- tie van het membraan 8 bij het passeren van dit grensvlak een verloop vertonen gelijkvormig aan met het in fig. 6 weergegeven verloop. Uit een dergelijke frequentieverandering kan tezamen met de gevierde lengte van de kabel 5 het niveau 1 van een dergelijk grensvlak tussen twee vloeistoffen nauwkeurig worden bepaald.

Bij het uitvoeren van alle metingen ontvangt de verwerkingseenheid 7 doorlopend het van de temperatuur ter plaatse van het membraan 8 afhankelijke frequentiesignaal van de oscillator 16, zodat de microprocessor 23 bij het bepalen van het niveau van de vloeistofspiegel een temperatuur-compensatie kan uitvoeren.

Tijdens bedrijf van de inrichting kan het oppervlak van het membraan 8 vervuilen, waardoor de resonantiefrequen-tie wordt beïnvloed. Teneinde de vereiste nauwkeurigheid te handhaven, kan een correctieprocedure worden uitgevoerd, waarbij de microprocessor 23 de resonantiefrequentie van het membraan 8 bepaalt, wanneer dit zich geheel in het ene medium bijvoorbeeld lucht of gas, respectievelijk wanneer dit zich geheel in het andere medium, bijvoorbeeld benzine, bevindt.

De in deze twee situaties bepaalde resonantiefrequenties worden vervolgens gebruikt voor het corrigeren van het in het geheugen vastgelegde resonantiefrequentieverloop als functie van de indompeldiepte welke gecorrigeerde functie bij de verdere metingen gebruikt.

Opgemerkt wordt, dat het membraan 8 op verschillende manieren kan zijn uitgevoerd. Het membraan kan bijvoorbeeld ook bestaan uit een metalen schijf, waarop een piëzo-elektrisch keramisch element is bevestigd. Ook is het mogelijk het membraan als metalen schijf uit te voeren, die elektromagnetisch in buigingstrilling wordt gebracht.

Voorts is het mogelijk het membraan 8 in een schuine stand in de sonde 2 te monteren. Hierdoor kan de gevoeligheid van de inrichting worden verhoogd. Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 3 kan het membraan 8 zelfs horizontaal worden gemonteerd.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het kader der uitvinding op verschillende manieren kan worden gevarieerd.

Claims

1. Inrichting voor het bepalen van het niveau van het grensvlak tussen twee verschillende media in een reservoir, voorzien van een trillend element, dat alzijdig met de beide media in aanraking kan zijn, en een versterkerschakeling welke te zamen met het trillende element een oscillatorcircuit vormt, waarin het trillende element het frequentie bepalende deel is, met het kenmerk, dat het trillende element buigingstrillingen op een resonantiefrequentie uitvoert en dat een verwerkingseenheid is aangebracht, die de momentele resonantiefrequentie van het trillende element meet en uit deze momentele resonantiefrequentie het niveau van het grensvlak ten opzichte van het trillende element afleidt met behulp van het voorafbepaalde verloop van de resonatiefrequentie als functie van de indompeldiepte van het trillende element in het onderste medium.

2. Inrichting voor het bepalen van het niveau van het grensvlak tussen twee verschillende media in een reservoir, voorzien van een trillend plaatvormig element, dat alzijdig met de beide media in aanraking kan zijn, en een versterkerschakeling welke te zamen met het trillende element een oscillatorcircuit vormt, waarin het trillende element het frequentie bepalende deel is, met het kenmerk, dat het trillende element buigingstrillingen uitvoert en dat een verwerkingseenheid is aangebracht, die de momentele resonantiefrequentie van het trillende element bewaakt en bij een frequentieverandering een detectiesignaal afgeeft.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het trillende element is verbonden met een positioneerinrichting, die bedienbaar is door verwerkingseenheid, welke positioneerinrichting het trillende element over de gehele hoogte van het reservoir kan verplaatsen en een positiesignaal aan de verwerkingseenheid levert, dat de positie van het trillende element in het reservoir aangeeft.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de verwerkingseenheid de positioneer- inrichting zodanig kan bedienen, dat het trillende element het grensvlak tussen de beide media volgt.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de verwerkingseenheid de positio-neerinrichting zodanig kan bedienen, dat het trillende element ter hoogte van het grensvlak tussen het eerste en het tweede medium wordt gebracht, waarna de positioneerinrich-ting in deze stand wordt geblokkeerd, waarbij de verwerkingseenheid de resonantiefrequentie van het trillende element bewaakt en een alarmsignaal afgeeft indien de resonantiefrequentie een daling van het grensvlak aangeeft.

6. Inrichting volgens conclusie 3, 4 of 5 en 1, met het kenmerk, dat de verwerkingseenheid de positioneerinrichting zodanig kan bedienen, dat het trillende element zich geheel in het eerste resp. geheel in het tweede medium bevindt, waarbij de verwerkingseenheid de bijbehorende resonantiefrequenties van het trillende element bepaalt en vastlegt.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een temperatuurvoeler ter plaatse van het trillende element is aangebracht, welke temperatuurvoeler een temperatuurcircuit bestuurt, dat een van de temperatuur afhankelijk signaal levert aan de verwerkingseenheid voor het uitvoeren van een temperatuur-compensatie bij het bepalen van het niveau van het grensvlak.

8. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het trillende element bestaat uit twee piëzo-elektrische keramische schijven, die met gelijknamige polariteitsvlakken op elkaar zijn bevestigd.