DE2939355A1 - Verfahren zur niveauerkennung - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Niveauerkennung mittels einer Sonde, die ein elektrisches Heizelement mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand aufweist.
• Uei derartigen Niveausonden (DE-OS 10 63 493) wird die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit zwischen dem zu überwachenden Medium, vornehmlich eine Flüssigkeit, und dem angrenzenden Medium, z. 8. Luft oder Dampf, zur Signalauslösung genutzt. Allerdings können Änderungen in der Mediumtemperatur zu Meßwertverfälschungen führen. Als Abhilfe wurde an einer bekannten Sonde (DE-PS 12 93 461) ein Kompensationsteil am Heizelement vorgesehen. Hierdurch wird der Aufbau der Sonde jedoch sehr aufwendig und dementsprechend teuer.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem mit einer einfachen Sonde ohne Kompensationsteil am Heizelement ein von Änderungen der Mediumtemperatur unbeeinträchtigtes Niveausignal erzielt wird.
• Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Erfindungsmerkmale gelöst.
• Während eines jeden Heizintervalles erwärmt sich das Heizelement auf eine durch die Wärmeleitfähigkeit und auch durch die Mediumtemperatur beeinflußte Heiztemperatur. Ein dementsprechender elektrischer Widerstand des Heizelementes wird gemessen. Zusätzlich fühlt das Heizelement im Kühlintervall in Annäherung die jeweilige r'\ediumLemuzrabur ab. Der entsprechende WidErstandswert dient als Bezugsbasis bei der Niveaukontrolle im nachfolgenden Heizintervall, so daß die Mediumtemperatur auf das Niveausignal ohne EinfluB ist.
• Die Ansprüche 2 und 3 geben besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zur Bildung der Bezugsbasis durch Kompensation des der Mediumtemperatur entsprechenden Widerstandswertes an.
• Der Anspruch 4 gibt eine zweite vorteilhafte Lösung für die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe an.
• Auch bei diesem Verfahren wird das Heizelement auf eine durch die Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Mediums und dessen Temperatur beeinflußte Heiztemperatur erwärmt und kühlt sich anschlie-Bend wieder ab. Hierbei wird die Änderung des Heizelement-Widerstandes pro Zeiteinheit gemessen. Diese Größe ist ein Maß für die Temperaturdifferenz zwischen der Heizelement- und der Mediumtemperatur. Je nach dem, ob die Sonde in eine zu überwachende Flüssigkeit eingetaucht ist oder nicht, ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeleitverhältnisse verschieden lange Meßzyklen - worunter Heizintervall plus Kühlintervall zu verstehen ist -Die Zykluslänge stellt somit ein Maß für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Mediumniveaus dar. Da die Zykluslänge nicht durch die absolute Heizelementtemperatur, sondern vielmehr durch die jeweilige Differenz zwischen dieser und der Umgebungstemperatur bestimmt ist, wird durch letztere das Niveausignal nicht beeinträchtigt.
• Die Ansprüche 4 und 5 haben äußerst vorteilhafte Weiterbildungen dieses zweiten Verfahrens zum Gegenstand, wobei die Meßzyklen über Frequenzmessung ausgewertet werden.
• Anhand der Zeichnung werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, Es zeigen Fig. 1 das Schaltsd7ema eines ersten erfin--- dungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein zugehöriges Strom-Zeit-Diagramm, Fig. 3 ein zugehöriges Spannungs-Zeit-Diagramm, Fig. 4 das Schaltschema eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 5 ein diesem zugehöriges Strom-Zeit-Diagramm und Fig. 6 ein diesem zugehsriges Spennungs-Zeit-Diagramm Das Schaltschma in Fig. 1 umf?ßt eine Bruckenscheltung 1, an die ein einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand 2 aufweisendes Heizelement einer nicht dargestellten Sonde angeschlos- sen ist. - Letztere steht bei Erreichen des zu signalisierenden Niveaus mit der zu überwachenden Flüssigkeit in wärmeleitender Verbindung. - In Reihe mit dem Widerstand 2 des Heizelementes ist ein variabler Widerstand 3 geschaltet, während parallel zu ihnen zwei Ergänzungswiderstände 4, 5 vorgesehen sind. Die Brückendiagonale 6 ist an einen Verstärker 7 angeschlossen, dessen Ausgang in einen Umschalter 8 führt. An diesen sind ausgangsseitig wiederum eine Auswertschaltung 9 zur Signalbildung sowie eine Kompensationssteuerschaltung 10 für den variablen Widerstand 3 angeschlossen. Ferner ist ein Stromschalter 11 vorgesehen, der die Brückenschaltung 1 alternierend mit einem hohen Heizstrom J H konstanter Stärke und einem schwachen Grundstrom JG gleichfalls konstanter Stärke speist. Hierbei erhält der Stromschalter 11 von einem Impulsgenerator 12 nach festen Intervallzeiten seine Umschaltbefehle. Die Intervallzeit tK des Kühlens wurde dabei so lang bemessen, daß sich das Heizelement wieder auf annähernd Mediumtemperatur abkühlt (Fig. 2 und 3).
• Von dem Impulsgenerator 12 wird auch der Umschalter 8 gesteuert in der Weise, daß während des Heizintervalles tH der Verstärker 7 mit der Auswerteschaltung 9 in Verbindung steht, während im Kühlintervall tK der Verstärkerausgang in die Kompensationssteuerschaltung 10 führt. Gegebenenfalls kann auch die Auswerteschaltung 9 vom Impulsgenerator 12 angesteuert sein.
• Ist die Sonde aus der zu überwachenden Flüssigkeit ausgetaucht und wird die Brückenschaltung 1 im Heizintervall tH mit dem Heizstrom JH gespeist, so bildet sich an dem Sonden-Heizelement entsprechend der relativ geringen Wärmeleitfähigkeit des die Sonde umgebenden Dampfes oder Luft bzw. Gas und dessen Mediumtemperatur eine relativ hohe Temperatur und damit ein hoher Widerstand 2 aus. Dieser führt zu einer entsprechend hohen Diagonalspannung UA an der Brücke (Fig. 3). Diese Diagonalspannung UA geht in die Auswerteschaltung 9 und wird dort als "Sonde ausgetaucht" gewertet, da ihre Amplitude oberhalb des vorgesehenen Signalauslöse-Grenzwertes Us liegt.
• In dem anschließenden Kühlintervall tK sirkt mit der Temperatur des Heizelementes sein Widerstand 2 und damit die Diagonalspannung auf den Wert UM entsprechend der jeweiligen Mediumtemperatur ab. Währenddessen wird die Diagonalspannung UM an die Kompensationssteuerschaltung 10 gegeben, welche den variablen Widerstand 3 auf einen Nullabgleich der Spannung an der Brückendiagonale 6 steuert. Auf diese Weise ist in dem nachfolgenden Heizintervall tH die Mediumtemperatur aus dem Niveausignal kompensiert.
• Wenn die Sonde bei Erreichen des vorgesehenen Niveaus von der zu überwachenden Flüssigkeit beaufschlagt wird, nimmt das Heizelement im Heizintervall tH aufgrund der jetzt besseren Wärmeleitverhältnisse eine niedrigere Temperatur und einen dementsprechend geringeren Widerstand 2 an. In der 3rückendiagonale 6 bildet sich dann lediglich die unter dem Grenzwert US liegende Diagonalspannung UE aus. Von der Auswerteschaltung 9 wird diese in ein Signal"Sonde eingetaucht" umgesetzt.
• Während des nachfolgenden Kühlintervalles tK erfolgt dann erneut über die Kompensationssteuerschaltung 10 und den variablen Widerstand 3 ein Nullabgleich der Brückendiaganale 6 zur Kompensation der jeweiligen Betriebstemperatur.
• Das Schaltschema in Fig. 4 betrifft das zweite Verfahren und umfaßt gleichfalls eine Brückenschaltung 1, an die ein einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand 2 aufweisendes Heizelement einer nicht dargestellten Niveausonde angeschlossen ist.
• Ferner weist die Brückenschaltung 1 noch drei Ergänzungswiderstände 4, 5, 13 auf. An die ßrückendiagonale 6 ist ein Verstärker 7 angeschlossen, dessen Ausgang in einen Frequenz-Spannungs-Wandler 14 und zugleich in ein Differenzierglied 15 führt. Ein gleichT8lls vor gesehener Stmschalter 11 speist d ruckenschaltung 1 alternierend mit einem hohen Heizstrom JH konstanter Stärke und einen schwachen Grundstrom JG gleichfalls konstanter Stärke.
• Ist die Niveausonde aus der zu überwachenden Flüssigkeit ausgetaucht und wird die Brückenschaltung 1 im ersten Teil eines Meßzyklus tA mit dem Heizstrom JH CFig. 5) gespeist, so steigt in diesem Heizintervall tH der Widerstand 2 des Heizelementes auf einen bekanntlich relativ hohen WErt an. Dies führt zu einer entsprechend ansteigenden Diagonalspannung UD an der Brücke CFig. 6). Das Differenzierglied 15 ermittelt den Anstieg der Diagonalspannung UD pro Zeiteinheit, d. h. die Anstiegsgeschwindigkeit. Beim Abfallen des Anstieges pro Zeiteinheit auf einen vorgesehenen Grenzwert i gibt das Differenzierglied 15 einen Umschaltbefehl an den Stromschalter 11, worauf die Brückenschaltung 1 nur mehr mit dem schwachen, das Heizelement nicht erwärmenden Grundstrom JG (Fig. 5) gespeist wird.
• In diesem Kühlintervall tK sinkt mit der Temperatur des Heizelementes die Diagonalspannung UD entsprechend ab. Die jeweilige Verringerung der Diagonalspannung UD pro Zeiteinheit wird ebenfalls vom Differenzierglied 15 überwacht und bei einem vorgesehenen Grenzwert » erhält der Stromschalter 11 erneut einen Umschaltbefehl. Hiermit beginnt ein neuer Meßzyklus, in dem die Brückenschaltung 1 zunächst wieder mit dem Heizstrom JH gespeist wird.
• Wenn die Niveausonde infolge Vorhandenseins des vorgesehenen Niveaus von der zu überwachenden Flüssigkeit beaufschlagt wird, erreicht der Anstieg pro Zeiteinheit des Widerstandes aufgrund der jetzt besseren Wärmeleitverhältnisse bereits bei entsprechend niedrigerer Temperatur den Grenzwert CL . Woraufhin über das Differenzierglied 15 und den Stromschalter 11 auf Kühlintervall tK umgeschaltet wird. Auch hier erreicht die Verringerung pro Zeiteinheit der Diagonalspannung UD schneller den Grenzwert Der Meßzyklus tE bei eingetauchter Niveausonde ist also merklich kürzer als der Meßzyklus tA bei ausgetauchter Niveausonde.
• Aus diesen unterschiedlich langen Zykluszeiten tE und tA wird mit Hilfe des Frequenz-Spannungs-Wandlers 14 ein Niveausignal gebildet.
• Die Frequenz der MeBzyklen tA und tE ist lediglich von der je nach Eintauchzustand unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit zwischen Heizelement und umgebendem Medium bestimmt. Die herrschende Mediumtemperatur spielt hierbei keine Rolle und beeinträchtigt insofern nicht das Meßsignal.

Claims (6)

1. Verfahren zur Niveauerkennung Patentansprüche Verfahren zur Niveauerkennung mittels einer Sonde, die ein elektrisches Heizelement mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß - das Heizelement festen, alternierenden Heiz- und Kühlintervallen (tH, t) unterworfen ist, - während der Heizintervalle (tH) stets die gleiche elektrische Speisung des Heizelementes erfolgt, - während der Kühlintervalle (t) eine demgegenüber geringe elektrische Speisung des Heizelementes erfolgt, die ohne wesentlichte Heizwirkung auf das Heizelement ist, - der elektrische Widerstand (2) des Heizelementes während des Heizens (tH) und des Kühlens (t) gemessen wird und - der Widerstandswert des Heizelementes am Ende des Kühlintervalles (tK) als Sezugsbasis für den Meßwert im nachfolgenden Heizintervall (tH) dient.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß - der elektrische Widerstand (2) des Heizelementes mit einer Srückenschaltung (1) gemessen wird und - während des Kühlintervalles (t) durch Steuerung eines variablen Widerstandes (3) in der Brückenschaltung (1) entsprechend dem Widerstandswert des Heizelementes ein selbsttätiger Nullabgleich der Diagonalspannung der Brückenschaltung (1) erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Diagonalspannung der Brückenschaltung (1) auf einen Umschalter (8) gegeben wird, der während des Heizintervalles (tH) die Diagonalspannung (UA, UE) an eine Auswerteschaltung (9) zur Niveausignalbildung leitet und während des Kühlintervalles (tK) die Diagonalspannung (UM) an eine Kompensationssteuerschaltung (10) für den variablen Brückenwiderstand (3) gibt.
4. 4. Verfahren zur Niveauerkennung mittels einer Sonde, die ein elektrisches Heizelement mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand aufweist, d 8 d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß - das Heizelement alternierenden Heiz- und Kühlintervallen (tH,tK) unterworfen ist, - während der Heizintervalle (tH) stets die gleiche elektrische Speisung der Heizelemente erfolgt, - während des Kühlintervalles (tK) eine demgegenüber geringe elektrische Speisung des Heizelementes erfolgt, die ohne wesentliche Heizwirkung auf das Heizelement ist, - im Heizintervall (tH) der Anstieg pro Zeiteinheit und im Kühlintervall (t) die Verringerung pro Zeiteinheit des Heizelement-Widerstandes (2) gemessen wird, - bei Erreichen von vorgesehenen Grenzwerten (M, ) der Widerstandsänderung pro Zeiteinheit jeweils eine Umschaltung in der elektrischen Speisung des Heizelementes erfolgt und - aus der Länge der Meßzyklen (tA, tE) ein Niveausignal abgeleitet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c-h n e t, daß die WiderstandsändErung pro Zeiteinheit mittels eines Differenziergliedes (15) gemessen wird, welches bei Erreichen von vorgesehenen Grenzwerten (α,ß) einen Umschaltbefehl an einen Speiseschalter (11) für das Heizelement gibt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der an dem Heizelement erstend (2) ermittelte Meßwert an einen Frequenz-Spannungs-Sandler (14) gegeben wird, dessen Ausgangswert als Niveausignal dient.