FI98159C - Menetelmä ja sovitelma nestepinnan korkeuden mittaamiseksi - Google Patents

Description

98159

Menetelmä ja sovitelma nestepinnan korkeuden mittaamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä nestepinnan korkeuden tunnistamiseksi, jossa menetelmässä säiliössä olevaan 5 nesteeseen sovitetaan kondensaattori, jonka levyjen väliin pääsee nestettä niin, että levyjen välin nesteellä täytetty osuus muuttuu nestepinnan korkeuden mukaan ja määrää kondensaattorin kapasitanssin ja jossa menetelmässä mitataan kondensaattorilta saatavaa signaalia, joka on riippuvainen 10 säiliössä olevan nestepinnan korkeudesta, jolloin kondensaattoriin yhdistetään kela, joka muodostaa sähköpiirin kondensaattorin kanssa, jolloin nestepinnan korkeus, määrätessään kondensaattorin kapasitanssin, määrää samalla sähköpiirin resonanssitaajuuden. Keksinnön kohteena on edel-15 leen sovitelma nestepinnan korkeuden mittaamiseksi.

Tekniikan eri aloilla on useissa sovellutuksissa tarpeen tietää kuinka paljon nestettä on suljetussa säiliössä. Esimerkkinä aloista, joissa em. seikka tulee usein esille, voidaan mainita anestesialaitteisiin liittyvä tek-20 niikan ala. Edellä esitettyyn tarpeeseen on kehitetty sekä mekaanisia että sähköisiä tunnistimia. Tunnetut ratkaisut voidaan jakaa neljään päätyyppiin seuraavalla tavalla.

Ensimmäinen tyyppi perustuu nesteessä olevaan kellukkeeseen, jonka asema nesteessä välittää tiedon nestepin-25 nan korkeudesta joko mekaanisesti tai sähköisen toimielimen avulla. Toinen tyyppi perustuu puolestaan nestepinnan korkeuden mittaamiseen valolähettimen ja valovastaanottimien avulla. Kolmannessa tyypissä valon asemasta käytetään ultraääntä. Neljäs tyyppi perustuu nesteen sähköisiin ominai-30 suuksiin. Nesteiden dielektrisyysvakio poikkeaa usein ilman , tai kyseisen nesteen höyryn dielektrisyysvakiosta. Tätä eroa voidaan käyttää hyväksi nesteen pinnankorkeuden tunnistamisessa. esimerkkeinä edellä esitetyistä tyypeistä voidaan mainita PCT-hakemusjulkaisussa W0 92/19305 ja US-35 patenttijulkaisussa 5 054 319 esitetyt ratkaisut.

2 98159

Mekaanisten mittalaitteiden ongelmana on se, että ne sisältävät liikkuvia osia, jotka voivat olla epäluotettavia varsinkin vaikeissa olosuhteissa. Valoanturit vaativat puolestaan tarkan kiinnitysmekaniikan, joka on useissa 5 kohteissa hankala ja kallis toteuttaa. Ultraääni ei sovellu hyvin pienten, ts. alle 50 mm paksuisten nestekerroksen mittaamiseen.

Edellä esitetyn neljännen tyypin ratkaisuissa di-elektrisyysvakiota voidaan käyttää hyväksi kahdella taval-10 la. Ensimmäisessä ratkaisussa säiliössä on kondensaattori, jonka levyjen väliin pääsee nestettä. Levyt on asennettu nesteeseen siten, että levyjen nesteellä täyttynyt osuus muuttuu nestepinnan korkeuden mukaan. Tällöin myös kondensaattorin kapasitanssi riippuu nestepinnasta. Kondensaatto-15 rin kapasitanssia mittaamalla saadaan selville nestepinnan korkeus. Tällaista ratkaisua on käytetty esimerkiksi anestesia-aineen pinnankorkeuden mittaamiseen. Ongelmana on, että tunnetuissa ratkaisuissa kapasitanssin mittaaminen vaatii sähkömekaanisen kontaktin ja näin läpiviennin säili-20 ön seinään.

Toisessa tunnetussa neljännen tyypin ratkaisussa kondensaattori muodostetaan ilman säiliön sisälle asennettavaa mekaniikkaa. Kondensaattorin toinen levy asennetaan säiliön kylkeen ja säiliön seinä toimii toisena levynä. Jos 25 säiliön seinän takana on nestettä, kondensaattorin kapasitanssi muuttuu. Jos säiliön seinä on sopivaa sähköä johtamatonta materiaalia eikä liian paksu, sekä nesteen dielek-trisyysvakio riittävän suuri, voidaan kapasitanssin muutos mitata. Tällaisen anturin suurin etu on se, että nestepinta 30 voidaan mitata ilman säiliöön tehtäviä mekaanisia muutoksia. Ongelmana on, että menetelmä asettaa suuret vaatimukset säiliön seinämälle ja mitattavalle nesteelle. Lisäksi edellä esitetty ratkaisu on myös herkkä EMC-häiriöille.

Keksintö lähtee edellä esitetyn neljännen tyypin 35 pohjalta, siinä käytetään hyväksi nesteen dielektrisyysva- 3 98159 kiota. Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan ratkaisu, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat voidaan eliminoida. Tähän on päästy keksinnön mukaisen menetelmän ja sovitelman avulla. Keksinnön mukainen menetelmä on tun-5 nettu siitä, että kela sovitetaan nestesäiliön sisään ja että resonanssi taajuutta mitataan säiliön ulkopuolelta in-duktiivisesti ilman läpivientiä säiliöön. Keksinnön mukainen sovitelma on puolestaan tunnettu siitä, että kela on sovitettu nestesäiliön sisään ja että sovitelma käsittää 10 edelleen mittausvälineet resonanssitaajuuden mittaamiseksi säiliön ulkopuolelta induktiivisesta ilman läpivientiä säiliöön.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että sen avulla pystytään eliminoimaan kaikki aiemmin tunnetun tekniikan 15 yhteydessä esiintyneet epäkohdat. Keksinnön mukaisen ratkaisun yhteydessä ei tarvita mitään läpivientejä säiliöön ja lisäksi keksinnön yhteydessä ei säiliölle ja mitattavalle nesteelle tarvitse asettaa niin korkeita vaatimuksia kuin joissakin aiemmin tunnetuissa nesteen dielektrisyysva-20 kiota hyväksi käyttävien sovellutusten yhteydessä on ollut tarpeen. Keksinnön etuna on edelleen se, että perusajatus voidaan toteuttaa yksinkertaisella tavalla, jolloin keksinnön käyttöönotto muodostuu edulliseksi. Yksinkertaisuudesta johtuen ratkaisujen käyttö- ja ylläpitokustannukset muodos-25 tuvat alhaisiksi.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheisen piirustuksen avulla, jolloin piirustuksen ainoa kuvio esittää periaatteellisena kuvantona keksinnön mukaisen sovitelman erästä edullista sovellutusesimerkkiä.

30 Kuviossa on esitetty periaatteellisesti keksinnön ’ mukaisen sovitelman eräs edullinen sovellutusmuoto. Viite numeron 1 avulla kuvioon on merkitty säiliö, jossa on nestettä. Neste voi olla esimerkiksi anestesianestettä. Säiliössä 1 olevan nestepinta on merkitty viitteellä L. Säiliös-35 sä 1 olevaan nesteeseen on sovitettu kondensaattori 2, 4 98159 jonka levyjen väliin pääsee nestettä niin, että levyjen välin nesteellä täytetty osuus muuttuu nestepinnan korkeuden mukaan ja määrää kondensaattorin 2 kapasitanssin.

Nestesäiliön 1 sisään on kondensaattorin 2 lisäksi 5 asennettu kela 3. Kondensaattori 2 ja kela 3 on sovitettu muodostamaan sähköpiirin. Nestepinnan korkeus määrää kondensaattorin kapasitanssin ja samalla sähköpiirin resonans-sitaajuuden.

Säiliön ulkopuolelle on sovitettu toinen kela 4, 10 joka kytkeytyy induktiivisesti säiliön sisällä olevaan kelaan 3. Viitenumeron 5 avulla kuvioon on merkitty ohjaus-väline, joka voi olla esimerkiksi mikroprosessori ja viitenumeron 6 avulla vastaavasti taajuusgeneraattori. Mikroprosessorin 5 avulla ohjataan taajuusgeneraattoria, jonka 15 avulla kelaan 4 syötetään vaihtovirtaa. Virran huippuarvoa pidetään vakiona taajuudesta riippumatta. Kelaan 4 syötettävän jännitteen huippuarvoa mitataan mittalaitteen 7 avulla. Mittalaite voi olla esimerkiksi A/D muunnin. Taajuus, jolla mitattu jännitteen huippuarvo on minimissään, on 20 sähköpiirin resonanssitaajuus. Säiliössä olevan sähköpiirin resonanssitaajuuden muutos voidaan näin yhdistää säiliössä olevan nestepinnan L korkeuteen, jolloin säiliössä olevan nestepinnan korkeus voidaan mitata yksinkertaisesti edellä esitetyllä tavalla.

25 Esimerkkiarvoina voidaan mainita seuraavat arvot.

Mikäli säiliössä 1 oleva neste on anestesianesteenä käytettyä servofluraania, kondensaattorilevyjen koko 15 mm x 150 mm ja levyjen väli 1 mm, niin kondensaattorin kapasitanssi on välillä 20 pF (säiliö tyhjä) - 98 pF (säiliö täynnä). 30 Jos säiliössä olevan kelan 3 induktanssi on 10 μΗ, niin sähköpiirin resonanssitaajuus on välillä 5,1 MHz - 11,3 MHz. Muunlaisetkin järjestelyt käyvät. Mittaustekniikka määrää, mikä taajuusalue on kulloinkin edullisin. Pienempi taajuusarvo on silloin kun säiliö on täynnä ja suurempi 35 silloin kun säiliö on tyhjä.

5 98159

Keksintö yhdistää aiemmin tunnettujen dielektrisyys-vakioon perustuvien mittausten hyvät puolet. Kondensaattori asennetaan säiliön sisäpuolelle, jolloin saadaan tarvittava herkkyys. Nestepintaan verrannollinen signaali saadaan ’ 5 induktiivisella kytkennällä ilman mekaanista kontaktia itse anturiin. Tämä on erittäin edullista, jos käytössä on esimerkiksi irrotettava nestesäiliö. Induktiivinen kytkentä antaa mahdollisuuden myös hyvään EMC-suojaukseen. Keksinnön mukainen ratkaisu ei myöskään ole herkkä säiliön seinän 10 paksuudelle tai materiaalille. On huomattava, että jos säiliön seinämä johtaa hyvin sähköä, on pyörrevirtojen syntymistä kelojen 4 ja 3 väliin vaimennettava merkittävästi .

Edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä ei ole miten-15 kään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella täysin vapaasti patenttivaatimusten puitteissa. Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen sovi-telman tai sen yksityiskohtien ei välttämättä tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuviossa on esitetty, vaan muunlaiset-20 kin ratkaisut ovat mahdollisia. Keksinnön puitteissa on täysin mahdollista käyttää esimerkiksi oskillaattoria, jonka taajuuden säiliössä oleva resonanssipiiri määrää jne. Olennaista keksinnössä on, että säiliöön muodostetaan sähköpiiri, jonka resonanssitaajuutta mitataan induktiivisesti 25 ilman mekaanista läpivientiä säiliöön.

Claims (8)

98159

1. Menetelmä nestepinnan korkeuden tunnistamiseksi, jossa menetelmässä säiliössä (1) olevaan nesteeseen sovite- 5 taan kondensaattori (2), jonka levyjen väliin pääsee nestettä niin, että levyjen välin nesteellä täytetty osuus muuttuu nestepinnan (L) korkeuden mukaan ja määrää kondensaattorin (2) kapasitanssin ja jossa menetelmässä mitataan kondensaattorilta (2) saatavaa signaalia, joka on riippu-10 vainen säiliössä olevan nestepinnan (L) korkeudesta, jolloin kondensaattoriin (2) yhdistetään kela (3), joka muodostaa sähköpiirin kondensaattorin kanssa, jolloin nestepinnan korkeus (L), määrätessään kondensaattorin (2) kapasitanssin, määrää samalla sähköpiirin (2, 3) resonanssitaa-15 juuden, tunnettu siitä, että kela (3) sovitetaan nestesäiliön (1) sisään ja että resonanssitaajuutta mitataan säiliön (1) ulkopuolelta induktiivisesti ilman läpivientiä säiliöön.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-20 n e t t u siitä, että resonanssitaajuus mitataan toisen kelan (4) avulla syöttämällä siihen huippuarvoltaan vakiona pidettyä vaihtovirtaa ja määrittämällä toiseen kelaan (4) syötettävän jännitteen huippuarvon minimikohta, jossa kohdassa säiliössä (1) olevan sähköpiirin (2, 3) taajuus on 25 ko. piirin resonanssitaajuus.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säiliössä (1) oleva neste on anestesia-ainetta.

4. Sovitelma nestepinnan korkeuden mittaamiseksi, 30 jossa säiliössä (1) olevaan nesteeseen on sovitettu kondensaattori (2), jonka levyjen väliin pääsee nestettä niin, että levyjen välin nesteellä täytetty osuus muuttuu nestepinnan (L) korkeuden mukaan ja määrää kondensaattorin (2) kapasitanssin ja joka sovitelma käsittää välineet konden- 35 saattorilta (2) saatavan, säiliössä (1) olevan nestepinnan 98159 (L) korkeudesta riippuvan signaalin mittaamiseksi, jolloin kondensaattoriin (2) on yhdistetty kela (3), joka on sovitettu muodostamaan sähköpiirin kondensaattorin (2) kanssa, jolloin nestepinnan korkeus (L), määrätessään kondensaatto-5 rin (2) kapasitanssin, määrää samalla sähköpiirin (2, 3) resonanssi taajuuden, tunnettu siitä, että kela (3) on sovitettu nestesäiliön (1) sisään ja että sovitelma käsittää edelleen mittausvälineet (4, 5, 6,7 ) resonanssi-taajuuden mittaamiseksi säiliön (1) ulkopuolelta induktii-10 visesti ilman läpivientiä säiliöön.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että mittausvälineet resonanssitaajuuden mittaamiseksi käsittävät toisen kelan (4), taajuusgeneraat-torin (6), ohjausvälineen (5) ja mittalaitteen (7), jolloin 15 taajuusgeneraattori (6) on sovitettu syöttämään ohjausvälineen ( 5 ) ohj aamana huippuarvoltaan vakiona pidettyä vaihtovirtaa toiseen kelaan (4) ja toiseen kelaan (4) syötettävän jännitteen huippuarvon minimikohta, jossa kohdassa säilössä olevan sähköpiirin (2, 3) taajuus on ko. piirin resonanssi-20 taajuus, on sovitettu määritettäväksi mittalaitteen (7) avulla.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että ohjausväline (5) on mikroprosessori.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sovitelma, t u n-25 n e t t u siitä, että mittalaite (7) on A/D muunnin.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 4-7 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että säiliössä (1) oleva neste on anestesia-ainetta. 98159