DE1648070C - Elektrischer Flüssigkeitsstandmesser, insbesondere für Tiefbrunnen - Google Patents

Description

I 648 070

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Flüssigkeitsstandmesser für Flüssigkeiten mit nicht besondeis hohem spezifischem Widerstand, z. B. für Oberflächen- und Brunnenwasser, Elektrolyt* in lndustrieöehültern usw.

Die Meßvürrichtung besteht aus einem Meßfühler, der an einem einadrigen, auf eine Trommel aufwickelbaren Seil hangt, einem Nachfolgeregler und einem Meßwertanzeiger mit Schreiber. Als Niveaumeßwert gilt die von einem Bezugspunkt aus gemessene Seillänge.

Zu den bekanntesten konstruktiven Lösungen dieser Art von Flüssigkeiissiandmessern gehören Vorrichtungen, die nach dem mechanischen, dem pneumatischen und dem elektrischen Prinzip arbeiten.

Für Sonderzwecke werden auch Strahlungsmesser verwendet, deren Wirkungsprinzip auf der Absorption \u:i Gammastrahlung eines Radioisotops beruht.

Dem Bau mechanischer Flüssigkeitsstandmesser mit Meßwertschreibern lag größtenteils der Einsatz entsprechend großer Schwimmer zugrunde, die Änderung des Flüssigkeiiistandes über ein Seil und ein mit diesem verbundenes mechanisches Gestänge auf einen Anzeiger und Schreiber übertragen. Diese Bauart hat ihrem Wesen nach eine Reihe von Beschränkungen zur Folge. Vor allem sind es die zu überwindenden mechanischen Reibungsverluste und Trägheitsmomente, die die Anwendung entsprechend großer Schwimmer bedingv-.i und dadurch den Einsatz derartiger Meßvorrichtungen t«i Bohrlöchern und Behältern mit kleinem Durchmesser und weitem Flüssigkeitsstandbereich unmöglich mach n.

Auf elektrischem Prinzip basierenden Flüssigkeitsstand-Meäwandlern sind zwei Grundbauarten bekannt. Die erste umfaßt Vorrichtungen, deren in die Flüssigkeit eingetauchte Wandler die Höhe der sie übersteigenden Flüssigkeitssäule in eine elektrische Große umwandeln, die wieder nach entsprechender Umformung an ein Anzeige- oder Schreibgerät weitergeleitet wird und diese Geräte betätigt. Da solche Meßwandler auf den verschiedensten Wirkungsprinzipien arbeiten, kann nur schwer eine Übersicht über ihre Hauptnachteile gegeben werden. Jedoch ist es möglich, eine Reihe von allen diesen Wandlern gemeinsamen Nachteilen anzugeben, zu denen ihre große Meßunsicherheit, der nichtlineare Skalenaufbau, die an Temperatur und Flüssigkeitsart gebundene Anzeige und viele andere gehören.

Zur zweiten Grundart elektrischer Meßvorrichtungen zählen selbstkompensiereiide Vorrichtungen, bei welchen die Entfernung zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und dem Bezugspunkt mit einer entsprechenden Stab- oder Seillänge verglichen wird. Dadurch werden ein von Meßgröße und Meßbereich unabhängiger, gleichbleibender absoluter Fehler sowie eine lineare Skala erzielt.

Bei einer der bekannten, nach diesem Prinzip arbeitenden Meßvorrichtungen, bei welcher der den Meßwertanzeiger mit Schreiber steuernde Nachfolgeregler mittels zweier Relais gesteuert wird, deren Steuerstromkreis über einen eintauchtiefenempfindlichen Widerstandswandler geschlossen wird, muß die Schaltung für die gegebene Flüssigkeitsart genau geeicht werden, worauf sie dann nur in einem begrenzten Leitfähigkcitsbcrcich einwandfrei arbeitet.

Es sind auch Meßvorrichtungen bekannt, deren Meßwandler mit zwei Elektroden verschen sind. So-HtM hängt der Wandler also an einem zweiadrigen Kabel, das meistens zusätzlich noch durch ein Tragseil verstärkt ist. Konstruktionsmäliiße Lösungen dieser Art sind unbequem, da sie unter anderem die Außenabmessungen der Vorrichtung bedeutend vergroßem.

Es sind auch Meßvorrichtungen bekannt, bei denen die untere Elektrode eines an einem leitenden Seil hängenden wechselspannungsgespeiUen Wandlers über eine Diode mn der oberen Elektrode und

ίο dem Seil verbunden ist Das Seil ist seinerseits über wechselseitig angeschlossene Stromgleichrichier mit der Steuerschaltung eines N^chfolgereglers verbunden. Eine auf ähnlichen. Prinzip arbeitende. Vorrichtung verfügt über einen mit einem Hilfsschwimmer

und zwei wechselseitig angeschlossenen Dioden ausgestatteten Wandler, bei welchem der Schwimmer je nach seiner Lage über eine dieser Dioden einen elektrischen Kreis schließt bzw. bei einer Zwischenlage denselben offenläßt. Ein derartigen Vorrichtungen

ao gemeinsamer Nachteil beruht darauf, daß für den Anschluß des Meßwandlers mehradrige Verbindungskabel erforderlich sind, was bei großen Tiefen umständlich oder sogar unmöglich ist. Bei Wandlern hingegen, die mittels einzelnen, nichtisolierten Seilen

arbeiten, besteht bei Tiefbohrungen die Gefahr, daß bei Berührung der Bohrlochwandungen durch das Seil je nach Bauart des Geräts Fehlanzeigen oder Aussetzerscheinungen auftreten können.

Eine weitere elektrische, nach dem Kontaktverfahren arbeitende Vorrichtung hat den Nachteil, daß der von einem Motor angetriebene Meßwandler dauernde Auf- und Abbewegungen auf einer bestimmten Strecke ausführt (auch bei gleichbleibendem Flüssigkeitsstand), was einen schnellen Verschleiß der

Arbeitselemente, insbesondere des dauernd abwechselnd in einer und dann in der anderen Drehrichtung laufenden Motors, zur Folge h,.t Darüber hinaus wirkt sich die beträchtliche Leistungsaufnahme nachteilig auf die Entwicklung einer tragbaren und für den Feldeinsatz geeigneten Bauart aus.

Ziel der vorliegenden Erfindung war es, einen Flüssigkeitsstandmesser zu schaffen, der hauptsächlich für den Einsatz in verrohrten Tiefbohrungen bestimmt und der gegen Berührungen des Seils mit den Bohrlochwandungen wenig oder überhaupt nicht empfindlich ist.

Zur Erreichung dieses Ziels geht die Erfindung aus von einem nach dem Kontakt-Kompensationsverfahreu arbeitenden elektrischen Flüssigkeitsstandmesser mil einem Meßwandler, einem auf eine Trommel gewickelten, ein Fühlglied tragenden Seil und einem Nachfolgeregler mit Meß- und vorzugsweise Schreibwerk. Gemäß Erfindung ist dieser Flüssigkeitsstandmesser dadurch gekennzeichnet, daß sich im Meßwandler ein Oszillator befindet, der durch Relais, die in einen Kreis mit Fühlelcktrodcn, der gemessenen Flüssigkeit und einer Gegenelektrode geschaltet sind, auf drei verschiedene Festfrequenzen umschaltbar ist, von denen eine eine zu hohe, eine eine zu niedrige und die dritte die Normallage des Fühlel^ments in bezug auf den Flüssigkeitsstand anzeigt.

Das Ziel der Erfindung wird also durch Anwendung eines im Meßwandlcr auf dem bekannten Kontakt-Kompensationsverfahrcn arbeitenden, umstimmbaren Meßsenders erreicht. Jc nach der Relativstellung von Meßwanöler zu Fliissigkeitsniveau erzeugt dieser eine von drei möglichen Frequenrcn. Diese Signale werden entweder durch das Tragseil oder

Claims (5)

1. 3 4

   über die elektroakustische Kopplung durch die das Sollte andererseits der Flüssigkeitsstand st) atisici-

   Bnhrloch ausfüllende Luftsäule an den Empfänger gen, daß auch die Elektrode 9 eintaucht, so spricht

   übertrügen. das Relais 6 an. Das Reims 6 schultet durch Lage-

   Diese Erfindung wird an Hand der in der Zeich- änderung seiner Kontakte 4 den Oszillator 2 auf eine

   niing veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher 5 Frequenz um, bei welcher das Relais 18 anspricht,

   erklärt. Die Kontakte 2· des Relais 18 schalten wiederum

   F i g. I zeigt den Empfangs- und Anzeigeteil; den Stellmotor 14 in einen solchen Drehsinn, daß das

   Fig. 2 zeigt den im Meßwandler befindlichen Seil 12 auf die Seiltrommel 13 bis zum Aust.uichen

   Sender; der Elektrode 9 aufgewickelt wird.

   Fig.?, zeigt das Blockschaltbild bei Anwendung f Mit dem Seil 12 ist das Meß- und Schreibwerk 15

   elektroakustischer Ankopplung. mechanisch verbunden, dessen Zeiger auf einer ent-

   Im Meßwandler befindet sich ein Sender 1, dessen sprechenden Skala die Stellung des Meüwandlers im

   Grundbauteil der durch Kontaktfedern 3 und 4 der Gleichgewichtszustand, d. h. die Entfernung /wischen

   Relais 5 und 6 umgeschaltete Oszillator 2 bildet. Die dem !Flüssigkeitsspiegel und dem Bezugspunkt angibt.

   Relais liegen in einem Strompfad, der über Elektro- 15 Das Empfangs- und Stellglied wird durch den Os-

   den 8 und 9, die gemessene Flüssigkeit IO und Elek- zülator2 über das schon erwähnte Seil 12 sowie die

   trode 11 geschlossen ist und parallel zu einem am Leitung 22 und die Hilfselektrode 21, die der Metall-

   JLdstungsverstärker 7 geschaltet sind. Der Ausgang behälter der Flüssigkeit, das Metallrohr des Tief-

   des Verstärkers 7 ist über ein Metallseil 12 an den brunaens, eine Erdungselektrode usw. bilden können,

   Meßwandler angeschlossen. Das Seil 12 ist auf eine ao gesteuert.

   Seiltrommel 13 gewickelt, die mechanisch mit einem Bei einer abgewandelten Anordnung der Meßvor-Motor 14 und einem Meß- und Schreibwerk 15 ver- richtung erfolgt die Übertragung der Steuersignale künden ist. Das Seil 12 ist an den Eingang des Emp- vom Oszillator 2 über den elektroakusiischen Wandfangs-und Stellgliedes 16 angeschlossen, welches sich ler 23, die Luftsäule im Inneren des Brunnenrohres »us einem selektiven Verstärker mit Amplituden- 25 25 und einen zwecks Störeinflußbegrenzung mittels begrenzung und einem Frequenzdemodulator zusam- der Leitung 26 einige Meter tief in das Bohrloch abinensetzt, welcher die über ihre Kontaktsätze 19 und gesenkten akustisch-elektrischen Wandler 24.
   iO den Motor 14 einschaltenden Relais 17 und 18 Selbstverständlich können die Relais 5,6,17 und Heuert. Der Signalkreis wird für das Empfangs- und IS als kontaktlose (statische), z. B. elektronische ReStellglied 16 durch eine Leitung 22 mit einer Hilfs- 30 lais, ausgebildet sein. In den Ausführungsbeispielen elektrode 21 geschlossen. wurden zwecks einfacher Erläuterung und Darstel-

   Bei einer abgewandelten Anordnung ist am Aus- lung des Wirkungsprinzips elektromagnetische Relais

   gang des Leistungsverstärkers 7 des Senders 1 ein verwendet. Es is! jedoch leicht möglich, statt der Re-

   «lektroakustischer Wandler23 und am Eingang des Iais5und 6 z.B. Halbleiterdioden mit veränderlicher

   Empfangs- und Stellgliedes 16 ein akustisch-elektri- 35 spannungsabhängiger Kapazität in den Schwingkreis

   $cher Wandler 24 angeschlossen, wobei die beiden de?. Oszillators 2 einzuführen.

   Wandler 23 und 24 über die im Bohrloch 25 stehende Da das Empfangs- und Stellglied nur frequenz-

   Luftsäule miteinander gekoppelt sind. Der Wandler und nicht amplitudenempfindlich ist, haben zufällige

   24 wird mittels der Leitung 26 auf eine gewisse Tiefe Seilschlüsse nur geringen Einfluß auf den Betrieb

   in das Bohrloch 25 eingebracht. 40 der Voiiichtung, die auch bei Signalamplituden-

   In der Zeichnung befindet sich der Meßwandler in Schwankungen um einige Größenordnungen zuverläseiner Stellung hinsichtlich des Flüssigkeitsniveaus 10, sig arbeitet. Dadurch wird eine hohe Betriebssichcrbei der sich die gesamte Schaltung im Ruhestand be- heit und Störuneinpfindüdikeit erreicht,
   fiiidet. Die Elektrode 8 ist eingetaucht, und die Elek- Diese Eigenschaft ist als Hauptvorzug dieser Vortrode 9 befindet sich über dem Flüssigkeitsspiegel. In 45 richtung gegenüber nach dem Kontakt-Kompensadicser Stellung wird das Relais 5 vc>n einer Hilfs- tionsprinzip mit Amplituden- oder Polarisations-Spannungsquelle, im vorliegenden Falle dem Lei- steuerung arbeitenden Vorrichtungen hervorzuheben, ßtungsverstärker 7, mit einem Strom gespeist. Der Auch die Unempfindlichkcit der Vorrichtung für Stromkreis für das Relais 5 wird, wie in der Zeich- Störsignale ist nicht ohne Bedeutung. Die Anwendung dargestellt, über den Widerstand zwischen der 50 dungsmöglichkeit von Wechselstrom im Kreise der Elektrode 8 und der ständig in der zu messenden Elektroden 8 und 9, insbesondere jedoch der Elek-Flüssigksit eingetauchten Elektrode 11 geschlossen. trode 8, sichert ihnen eine hohe Betriebsstabilität und Als Folge dieses Zustandes Iiü3t das Relais 5 je nach Verschleißfestigkeit.

   Ausführungsart seinen Kontakt 3 (je nach Schaltung Äußerst günsiig wirkt sich hier die Tatsache aus,

   (öffnen oder Schließen) bewirken, daß ein Oszillator 2 55 daß das Seil 12 aus einem beliebigen Werkstoff, z. B.

   eine Frequenz erzeugt, auf die weder das Relais 17 Stall!, Sisal, Kunststoff u.a., gefertigt sein kann, wobei

   noch das Relais 18 anspricht. Sinkt nun der Flüssig- Voraussetzung ist, daß unter den gegebenen Bcdin-

   keitsstand so, daß die Elektrode 8 nicht mehr ein· gungen eine im erforderlichen Meßunsicherhcits-

   getaucht ist, nimmt der Kontakt 3 eine der bei ein- bereich liegende MeBwertkonstanz gewährleistet wird,

   getauchter Elektrode B entgegengesetzte Lage ein. Als 60

   Folge dessen gibt der Oszillator nun eine Frequenz ratentansprucne:

   ab, bei der z. B. ein Relais 17 anspricht und über I. Nach dem Kontakt-Kompcnsationsverfahrcn

   seine Kontakte 19 den Stellmotor 14 in eine solche arbeitender elektrischer Flüssigkeitsstandmesser

   Drehrichtung einschaltet, daß die mit ihm gekoppelte mit einem Meßwandler, einem auf eine Trommel

   Seiltrommel 13 das Seil 12 so lange abwickelt, bis die 65 gewickelten, ein Fiihlglicd tragenden Seil und

   Elektrode 8 ν icdcr in die Flüssigkeit eintaucht und einem Nuchfolgereglcr mit Meß- und vorzugs-

   sornit das System erneut bei Gleichgewichtszustand weise Schreibwerk, dadurchgekcnnzcich-

   in Ruhe versetzt wird. net, daß sich im Mcßwandlcr ein Oszillator (2)

   befindet, der durch Relais (5,6), die in einen Kreis mit Fiihlclektroden (8,9), der gemessenen Flüssigkeit und einer Gegenelektrode (11) geschaltet sind, auf drei verschiedene Fcstfrcquen- zen umschaltbar ist.
2. 2. Elektrischer Flüssigkeitsstandmesser nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (2) und ein das Empfangs- und Stellglied der Vorrichtung steuernder Leistungsverstärker (7) gleichzeitig als Speisespannungsquelle ίο für die Relais (5,6) dienen.
3. 3. Elektrischer Flüssigkeitsstandmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Ausgang des Leistungsverstärkers (7)

   angeschlossener elektroakustischer Wandler (23) über die das Bohrloch ausfüllende Luftsäule (25) mit einem akustisch-elektrischen Wandler (24) des Empfangs- und Stellgliedes gekoppelt ist.
4. 4. Elektrischer Flüssigkeitsstandmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (24) des Empfangs- und Stellgliedes an einer Leitung (26) zur Veiringerung von Störeinflüssen unter die Aufstellhöhe der Meßvorrichtung abgesenkt wird.
5. 5. Elektrischer Flüssigkeitsstandmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil als Ubertragungskanal für die Festfrcquenzsignalc ausgebildet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen