DE3516200A1

DE3516200A1 - Verfahren zur fuellstandskontrolle und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3516200A1
Application number: DE19853516200
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ing.(grad.) 2805 Stuhr Schittek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-06
Filing date: 1985-05-06
Publication date: 1986-11-06

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandskontrolle, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 spezifiziert ist. Überdies betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei einem bekannten derartigen Verfahren (DE-PS 30 44 354) wird die Zeitdauer gemessen, in der jeweils nach dem Impuls die Schwingungsamplitude bis auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Durch Fremdschwingungen kann diese Zeitdauer jedoch unkontrolliert verändert werden, was zu Falschsignalen führt. Die Über-oder Unterschreitung einer vorbestimmten Zeitdauer signalisiert den Füllstand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Fremdschwingungen, die ggf. auf die Schwingungseinrichtung einwirken, weitestgehend ohne störenden Einfluß auf das Niveausignal sind.
Durch die im Anspruch 1 angegebenen Erfindungsmerkmale wird diese Aufgabe gelöst.
An Stelle der Abklingzeitdauer bildet erfindungsgemäß die Größe der Schwingungsamplitude während eines begrenzten Zeitraumes die charakteristische Größe für das Niveausignal. Der Meßzeitraum kann auf einen sehr geringen Teilabschnitt der Abklingzeitdauer zwischen zwei Anregungsimpulsen beschränkt werden. Infolge des geringen Anteils der Meßzeit von der gesamten Abklingzeit ist die Wahrscheinlichkeit, daß störende Fremdschwingungen in das Niveausignal einfließen, erheblich reduziert.
Die Unteransprüche 2 bis 4 haben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand.
Auf die Schwingungseinrichtung einwirkende Fremdschwingungen ergeben gemäß Anspruch 2 stets eine Vergrößerung der Schwingungsamplitude. Da Fremdschwingungen dadurch stets in ein- und dieselbe Signalrichtung wirken, ist die Funktionssicherheit zusätzlich erhöht.
Die Merkmale des Anspruchs 3 ergeben selbst bei einem sehr hohen Anteil störender Fremdschwingungen, die auf die Schwingungseinrichtung einwirken, ein zuverlässiges Niveausignal.
Der Anspruch 4 erhöht die Funktionssicherheit schließlich noch dadurch, daß ein Defekt im Meßsystem signalisiert wird.
Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat der Anspruch 5 zum Gegenstand.
Die Funktion des in Anspruch 3 angegebenen Verfahrens wird durch die gemäß Anspruch 6 weitergebildete Einrichtung realisiert. Gehen dem Integrator im Rhythmus des Impulsgebers Signale vom ersten Komparator zu, so liefert der Integrator dem zweiten omparator eine den Niveau-Schwellenwert übersteigende Integratorspannung; ein entsprechendes Niveausignal wird gegeben. Gehen dem Integrator hingegen keine oder - was bei Fremdschwingungen der Fall ist - nur vereinzelte Signale zu, wird der Niveau-Schwellenwert nicht erreicht; ein entsprechend anderes Niveausignal ist die Folge. Besonders vorteilhaft wirken sich in diesem Zusammenhang auch die Merkmale des Anspruches 7 aus.
Eine bevorzugte Realisierung des in Anspruch 4 angegebenen Verfahrens stellt die Einrichtung nach Anspruch 8 dar.
Insbesondere für jene Fälle, in denen in der Schwingungseinrichtung ein- und dasselbe Element sowohl als Schwingungserreger wie auch als Schwingungssensor dient, erweisen sich die Merkmale des Anspruches 9 als vorteilhaft. Sie verhindern, daß die Schwingungsamplituden während der Abklingzeit die Betätigungseinrichtung des Schalters störend beeinflussen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt.
An der Seitenwand 1 eines nicht näher dargestellten Behälters ist in Höhe des zu kontrollierenden Füllstandes eine Schwingungseinrichtung 2 mit einem vorzugsweise piezoelektrischen Wandler 3 angeordnet. Ein Impulsgeber 4 ist über eine Leitung 5, die ein Sperrglied 6 enthält, mit dem Wandler 3 verbunden. Zwischen dem Impulsgeber 4 und dem Sperrglied 6 ist an die Leitung 5 eine Betätigungseinrichtung angeschlossen. Sie besteht aus einem Verzögerungsglied 7 und einem Schaltzeitgeber.8, An die Leitung 5 ist außerdem zwischen dem Sperrglied 6 und dem Wandler 3 eine Leitung 9 angeschlossen. Darin sind ein Gleichrichter 10, ein Schalter 11 und ein Komparator 12 hintereinander geschaltet. An den Komparator 12 sind eingangseitig ferner ein Amplituden-Schwellenwertgeber 13 sowie der Schaltzeitgeber 8 angeschlossen. Letzterer steuert auch den Schalter 11.
Der Ausgang des Komparators 12 führt in einen mit einer Verbrauchslast 14 versehenen Integrator 15 und von dort weiter in einen zweiten Komparator 16. Dieser ist eingangsseitig außerdem mit einem Niveau-Schwellenwertgeber 17 verbunden.
An die Leitung 9 ist zwischen dem Schalter 11 und dem Komparator 12 ein zweiter mit einer Verbrauchslast 18 versehener Integrator 19 angeschlossen.
Mit ihm ist ein Komparator 20 verbunden, dessen zweiter Eingapg an einen Störung-Schwellenwertgeber 21 führt.
in den Diagrammen sind über der Zeit t die herrschenden Spannungen u aufgetragen. Die Diagrammbereiche A zeigen dabei jeweils die Spannungen bei ungedämpfter Schwingungseinrichtung 2, während in den Diagrammbereichen B die Situation im gedämpften Zustand ohne Störeinflüsse dargestellt ist. Auf den Abszissen kennzeichnen Punkte die Zeitpunkte, in denen der Impulsgeber 4 eine Anregespannung auf den Wandler 3 der Schwingungseinrichtung 2 gibt.
Ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der vorgesehene Füllstand nicht erreicht, so wird die Schwingungseinrichtung 2 nicht vom zu überwachenden Füllmedium beaufschlagt. Nach dem Wegfall der vom Impulsgeber 4 intermittierend auf den Wandler 3 gegebene Anregespannung schwingt daher die Schwingungseinrichtung 2 dementsprechend intensiv nach. Während der Abklingzeit generiert der Wandler 3 die im Diagrammbereich A aufgetragenen Spannungsamplituden.
Bei Erreichen des vorgesehenen Füllstandes wird die Schwingungseinrichtung 2 vom Füllmedium beaufschlagt und in ihren Schwingungen stark gedämpft.
In diesem Fall liefert der Wandler 3 die im Diagrammbereich B dargestellten, rasch kleiner werdenden Spannungsamplituden.
Das Sperrglied 6 verhindert, daß die während der Abklingzeit von dem Wandler 3 generierten Spannungsamplituden als störende Steuerimpulse an das Verzögetungsglied 7 gelangen können.
Die Anregespannung des Impulsgebers 4 geht jeweils auch auf das Verzögerungsglied 7, das nach der Zeit tv den Schaltzeitgeber 8 startet. Die von ihm erzeugte Rechteckspannung schließt für die Zeit ta den Schalter 11. Nur die während der Zeit ta auftretenden Spannungsamplituden des Wandlers 3 gelangen, nachdem sie gleichgerichtet sind, in den Komparator 12. Übersteigen sie den Soll-Wert des Amplituden-Schwellenwertgebers 13, so liefert der Komparator 12 eine Spannung vorbestimmter Größe. Nach verstreichen der Schaltzeit ta wird diese am Komparatorausgang anstehende Spannung - veranlaßt durch das Abfallen der Rechteckspannung des Schaltzeitgebers 8 - wieder auf Null gesetzt.
Die Ausgangs Spannung des Komparators 12 wird im Integrator 15 zu einer der Häufigkeit der Impulsfolge des Impulsgebers 4 proportionalen Spannung umgewandelt.
Gibt der Komparator 12 im Rhythmus des Impulsgebers 4 jeweils für die Zeit ta die vorbestimmte Ausgangspannung auf den Integrator 15, so liefert dieser seinerseits eine Integratorspannung an den Komparator 16, die den Soll-Wert des Niveau-Schwellenwertgebers 17 übersteigt. Der Komparator 16 liefert daraufhin das Signal "Füllstand unterschritten.
Ist hingegen der vorbestimmte Füllstand im Behälter erreicht und damit die Schwingungseinrichtung 2 gedämpft, dann liefert der Komparator 12 keine Ausgangsspannung (siehe Diagrammbeich B). Eine dem Soll-Wert des Niveau-Schwellenwertgebers 17 übersteigende Integratorspannung fehlt dadurch, und der Komparator 16 liefert das Signal "Füllstand erreicht!!.
Wirken auf die Schwingungseinrichtung 2 Fremdschwingungen ein, z.B. mechanische Schwingungen des Behälters, so stellt der Gleichrichter 10 sicher, daß diese Fremdschwingungen zu einer Vergrößerung der Spannungsamplituden führen, sie also stets in die Signalrichtung "Füllstand unterschritten" wirken.
Liegt nun dieser Füllstand tatsächlich vor, können die Störungen keinesfalls Alarm auslösen. Ist aber der Füllstand erreicht, dann können die Störungen vereinzelte Spannungsimpulse der Zeit ta am Ausgang des Komparators 12 herbeiführen. Solange jedoch diese Spannungsimpulse nicht annähernd im Rhythmus des Impulsgebers 4 auftreten, ereicht die Spannung des Integrators 15 nicht den Soll-Wert des Niveau-Schwellenwertgebers 17. Der Komparator 16 liefert trotz der auf die Schwingungseinrichtung 2 einwirkenden Fremdschwingungen das Signal "Füllstand erreicht", und dies selbst bei einem sehr hohen Störungsanteil.
Steht am Schalter 11 ausgangsseitig nicht intermittierend eine Mindestspannung an, dann unterschreitet die Spannung des Integrators 19 den Soll-Wert des Störung-Schwellenwertgebers 21. Daraufhin gibt der Komparator 20 ein Störungssignal, so daß auch ein Defekt der Einrichtung gemeldet wird.
Bezugszeichenliste 1 Seitenwand 2 Schwingungseinrichtung 3 Wandler 4 Impulsgeber 5 Leitung 6 Sperrglied 7 Verzögerungsglied 8 Schaltzeitgeber 9 Leitung 10 Gleichrichter 11 Schalter 12 Komparator 13 Amplituden-Schwellenwertgeber 14 Verbrauchslast 15 Integrator 16 Komparator 17 Niveau-Schwel lenwertgeber 18 Verbrauchslast 19 Integrator 20 Komparator 21 Störungs-Schwellenwertgeber t Zeit ta Schaltzeit tv VerzögerungszeIt u Spannuna Ap Diagrammbereiche

Claims

Verfahren zur Füllstandskontrolle und Ginrichtung zur Durchführung des Verfahrens ================================================ Patentansprüche 1) Verfahren zur Füllstandskontrolle, bei dem Schwingungen einer Schwingungseinrichtung in Abnzngigkeit vom Füllstand des zu überwachenden Füllmediums gedämpft werden, die Schwingungseinrichtung durch Impulse intermittierend zu Schwingungen angeregt wird und nach den Impulsen das Abklingverhalten der Schwingungen zur Niveausignalbildung genutzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß - die Amplitude der abklingenden Schwingungen während eines Teilabschnittes der Abklingzeit gemessen wird, - die gemessene Schwingungsamplitude mit einem vorbestimmten Amplituden-Schwellenwert verglichen wird und - bei Überschreitung des Amplituden-Schweiienwertes ein Signal gegeben wird.
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 die Schwingungsamplitude gleichgerichtet wird.
3) erfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß - die Signalgabe auf den Teilabschnitt der Abkling-.

zeit beschränkt erfolgt, - die zeitliche Crscheinungsfolge des Signals über prüft wird und - bei einer der zeitlichen Impuisfolge im wesentlichen entsprechenden Erscheinungsfolge ein iJiveausignal gegeben wird.
4) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n nz e i c n n e t, daß - die gemessene Schwingungsamplitude mit einem Störung-Schwellenwert verqiiochen wird und - bei Unterschreitung des Störung-Schwellenwertes ein Störungssignal gegeben wird.
5) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit - einer Schwingungseinrichtung, deren Schwingungen in Abängigkeit vom Füllstand des zu überwachenden Füllmediums gedämpft werden, - einem die Schwingungseinrichtung iLtermittierend zu Schwingungen anregenden Impulsgeber und - einer Einrichtung zur Überwachung des Abklingverhaltens der Schwingungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einrichtung zur Überwachung - einen über einen Schalter (11) mit der Schwinoungseinrichtung (2) verbundenen Komparator (12), - einen mit einem zweiten Eingang des Komparators (12) verbundenen Amplituden-Schwellenwertgeber (13) und - eine vom Impulsgeber (4) gesteuerte Betätigungseinrichtung (7,8) für den Schalter (11) aufweist.
6) Einrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß - dem Komparator (12) ein zweiter Komparator (16) nachgeschaltet ist, - zwischen beiden Komparatoren (12,15) ein mit einer Verbrauchslast (14) versehenen Integrator (15) vorgesehen ist und - der zweite Komparator (16) mit einem tWlveau-Schasellenwertgeber (17) in Verbindung steht.
7) Einrichtuna nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Komparator (12) ober eine von der Betätioungseinrichtung (7,8) gesteuerte Rücksetzung für das Ausgangssignal verfügt.
8) Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß - mit dem Schalter (11) ein weiterer Komparator (20) verbunden ist, - zwischen dem Schalter (11) und dem weiteren omparator (20) ein mit einer Verbråuchslåst-(18) versehenen Integrator (19) vorgesehen ist und - der weitere Komparator (20) mit einem Störungs-Schwellenwertgeber (21) in Verbindung steht.
9) Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein für die Schwingungsamplitude während der Abklingzeit undurchlässiges Sperrglied (6) zwischen dem Impulsgeber (4) sowie der Betätigungseinrichtung (7,8) auf der einen Seite und der Schwingungseinrichtung (2) sowie dem Schalter (11) auf der anderen Seite vorgesehen ist.