DE2853360C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsniveaumesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Flüssigkeitsniveaumesser ist aus der DE-PS 14 73 178 bekannt und hat im einzelnen einen Aufbau, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, worin eine Trommel 1, eine Trommelwelle 2 und ein bewegbarer Kontakt 5 einerseits integral bzw. fest aneinander angekoppelt sind, während andererseits Schleifringe 3, ein Schneckenrad 4 und feste Kontakte 6 und 7, die voneinander im Abstand angeordnet sind, ebenfalls integral bzw. fest aneinander angekoppelt sind. Die Trommelwelle 2 und das Schneckenrad 4 können sich in bezug aufeinander frei drehen, und zwar in einem koaxialen Aufbau, sie sind jedoch elastisch mittels einer Feder 11 miteinander verkoppelt. Mit anderen Worten bedeutet das, daß die Feder 11 zwischen einem Federanschlag 17, der an dem Schneckenrad 4 befestigt ist, und einem weiteren Federanschlag 18, der an der Trommelwelle 2 befestigt ist, gedehnt wird, um den bewegbaren Kontakt 5 zu halten, so daß sowohl die Federwelle 2 als auch das Schneckenrad 4 elastisch aneinander angekoppelt sind. Praktisch wird ein Paar Federn verwendet, aber im vorliegenden Beispiel ist zu Zwecken der Vereinfachung nur eine Feder 11 dargestellt. Das Schneckenrad 4 kämmt mit einer Schnecke 8, die einen Drehantrieb von einem Motor 9 erhält. Um die Trommel 1 ist ein Draht 12 gewickelt, an dessen freiem Ende ein Verdränger bzw. Verdrängungskörper 10 herabhängt.

Die Spannung der Feder 11 ist so gewählt, daß sie dann, wenn der Verdrängungskörper 10 auf einer zu messenden Flüssigkeitsoberfläche (nicht dargestellt) schwimmt, mit einer Kraft oder einem Drehmoment zum Drehen der Trommelwelle 2 über den Draht 12 im Gleichgewicht steht. Der bewegbare Kontakt 5 ist so angeordnet, daß er zu diesem Zeitpunkt bzw. in diesem Zustand in der neutralen Position zwischen den festen Kontakten 6 und 7 ist, so daß er keinen von ihnen berührt, und der Motor 9 hält seinen Nichtdrehungszustand aufrecht.

Wenn nun die Flüssigkeitsoberfläche abgesenkt wird, dann bleibt der Verdrängungskörper 10 in der Luft hängen, so daß sein Auftrieb Null wird. Demgemäß wird die Kraft, welche das Bestreben hat, die Trommelwelle 2 im Uhrzeigersinn zu drehen (in der Richtung, die durch den Pfeil a₁ in Fig. 1 angedeutet ist), größer als die Spannung der Feder 11, so daß die Trommelwelle 2 relativ zu dem Schneckenrad 4 nach rechts bzw. im Sinne des Pfeils a₁ gedreht wird. Hierdurch wird der bewegbare Kontakt 5 in Berührung mit dem einen festen Kontakt, im Beispiel der Fig. 1 mit dem Kontakt 7, gebracht, so daß bewirkt wird, daß eine Wechselstromquelle AC einen Strom über die Schleifringe 3 und Bürsten 13 an eine Steuerschaltung 14 abgibt. Auf diese Weise wird die Steuerschaltung 14 in der Weise betätigt, daß sie dem Motor 9 Strom zuführt, so daß dieser über die Schnecke 8 das Schneckenrad 4 und demgemäß die Trommel 1 in der richtigen Richtung bzw. der Rechtsrichtung oder in der durch den Pfeil a₁ veranschaulichten Richtung verdreht. Die nach rechts erfolgende Drehung der Trommel 1 bewirkt, daß sich der Draht 12 nach abwärts bewegt, so daß der Verdrängungskörper 10 abgesenkt wird. Wenn der Verdrängungskörper 10 die Flüssigkeitsoberfläche erreicht, dann löst sich der bewegbare Kontakt 5 von dem festen Kontakt 7, so daß der vorerwähnte, geschlossene Stromkreis geöffnet und dadurch die Drehung des Motors 9 angehalten wird und der Flüssigkeitsniveaumesser wieder in den oben erläuterten Gleichgewichtszustand zurückkehrt. Wenn dagegen die Flüssigkeitsoberfläche ansteigt, dann sinkt der Verdrängungskörper 10 in die Flüssigkeit ein, so daß sein Auftrieb erhöht wird. Infolgedessen wird die Kraft, die auf die Trommelwelle 2 einwirkt, umgekehrt, und der bewegbare Kontakt 5 wird in Berührung mit dem anderen festen bzw. ortsfesten Kontakt 6 gebracht, so daß die Stromquelle AC dem Motor 9 einen umgekehrten Strom über die Steuerschaltung 14 zuführt und dadurch der Motor in einer solchen Richtung gedreht wird, daß er den Verdrängungskörper 10 anhebt. Danach wird, wenn der Gleichgewichtszustand wieder erreicht ist, der Betrieb des Motors 9 gestoppt. Zur Anzeige des Niveaus der Flüssigkeit ist eine über einen Riemen 16 mit der Schnecke 8 verbundene Flüssigkeitsniveauanzeigeeinrichtung 15 vorgesehen.

Bei dem vorstehend erläuterten Flüssigkeitsniveaumesser nach der DE-PS 14 73 178 werden mechanisch betätigbare, elektrische Kontakte 5 bis 7 verwendet, und außerdem sind Schleifringe 3 und Bürsten 13 erforderlich, um die Veränderung des auf die Trommelwelle 2 einwirkenden Drehmoments zu ermitteln. Diese mechanischen Komponenten, wie z. B. die erwähnten Kontakte, die Schleifringe und die Bürsten, sind einer Abnutzung unterworfen. Darüber hinaus ist es schwierig, den Zwischenraum zwischen dem bewegbaren Kontakt 5 und den ortsfesten Kontakten 6 oder 7 so klein zu machen, wie das wünschenswert wäre, und demgemäß kann eine Änderung des auf die Trommelwelle 2 einwirkenden Drehmoments erst festgestellt werden, wenn die Drehmomentänderung bis zu einem gewissen Grade verhältnismäßig groß wird. Das hat den Nachteil zur Folge, daß die Empfindlichkeit der Ermittlung der Drehmomentänderung und demgemäß die Meßempfindlichkeit des Flüssigkeitsniveaumessers ziemlich beschränkt sind.

Weiter ist aus der DE-OS 19 61 625 ein Flüssigkeitsniveaumesser bekannt, der ein Band aufweist, das an seinem einen Ende an einem Verdrängungskörper befestigt ist, so daß letzterer daran aufgehängt ist, sowie eine Trommel, die an einer Trommelwelle befestigt ist und das Band darauf aufnimmt und abgibt, und eine Antriebswelle, die zwar nicht koaxial mit der Trommelwelle, jedoch zumindest parallel zu der Trommelwelle ist, sowie weiter einen Motor zum Antreiben der Antriebswelle durch eine Kupplungseinrichtung. Jedoch besitzt der Flüssigkeitsniveaumesser nach der DE-OS 19 61 625 keine Einrichtung zum elastischen Koppeln der Trommelwelle an die Antriebswelle, denn in dieser bekannten Einrichtung ist zwar eine elastische Kopplungseinrichtung vorgesehen, nämlich ein mittels einer Feder elastisch aufgehängter Arm, an dem eine Bandführungsrolle 3 befestigt ist, aber diese elastische Kopplungseinrichtung dient im Gegensatz zu dem Flüssigkeitsniveaumesser, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, nicht zum elastischen Koppeln der Trommelwelle an die Antriebswelle, und außerdem sind in dem Flüssigkeitsniveaumesser nach der DE-OS 19 61 625 keine einander gegenüberliegende und im Abstand voneinander befindliche Elektroden vorgesehen.

Dieser Flüssigkeitsniveaumesser nach der DE-OS 19 61 625 ist insofern ähnlich wie der oben erörterte Flüssigkeitsniveaumesser nach der DE-PS 14 73 178 aufgebaut, als beide eine Nachführeinrichtung vom Ein-Aus-Typ aufweisen und aufgrund dieses Ein-Aus-Typs der Nachführeinrichtung insbesondere den Nachteil haben, daß sie kontinuierlichen Niveauänderungen der Flüssigkeit nicht mit hoher Genauigkeit folgen können und daher ihre Detektions- und Meßgenauigkeit verhältnismäßig schlecht ist, auch wenn es sich hierbei um unterschiedliche Ein-Aus-Einrichtungen handelt, nämlich um Direktberührungskontakte in dem Flüssigkeitsniveaumesser nach der DE-PS 14 73 178 und um magnetisch, also berührungslos betätigende Reed-Kontakte bei dem Flüssigkeitsniveaumesser nach der DE-OS 19 61 625.

Außerdem ist aus der DE-OS 26 59 416 ein Flüssigkeitsniveaumesser bekannt, der ein Band besitzt, das an seinem einen Ende an einem Verdrängungskörper befestigt ist, sowie eine Trommel, die an einer Trommelwelle angebracht ist und das Band darauf aufnimmt und abgibt, und eine Antriebswelle, die durch eine Spiralfeder elastisch vorgespannt ist, so daß sie das Band elastisch aufrollt und abrollt. Die Bandbewegung wird auf einen Magnetkopf übertragen, der auf einem Abtastarm sitzt, welcher fest mit einer Drehwelle verbunden ist, die über ein Getriebe und eine Kupplung mit einem Stachelrad verbunden ist, das seinerseits durch das Band, an welchem der Verdrängungskörper hängt, hin- und hergedreht wird. Dieser Magnetkopf ist durch den Abtastarm konzentrisch zu einer Scheibe verdrehbar, daß er eine große Zahl von magnetfelderzeugenden elektrischen Leitern abtastet, die auf einer Seite der Scheibe radial verlaufend angeordnet sind. Zur Umwandlung des Abtastwerts in einen Flüssigkeitsniveaumeßwert ist der mittels des Abtastarms verdrehbare Magnetkopf elektrisch mit einer Auswerteschaltung verbunden. Wie in der DE-OS 26 59 416 beschrieben ist, sind in der einfachsten Ausführungsform dieses Flüssigkeitsniveaumessers auf der Scheibe einhundert elektrische Leiter angeordnet, in denen mittels einhundert Transistorschaltern impulsförmige Magnetfelder erzeugt werden, während diese einfachste Ausführungsform nur eine einzige mit Drähten versehene Scheibe erfordert, sind dagegen in ausgeklügelteren Ausführungsformen mehrere solcher Scheiben, z. B. vier vorgesehen, denen je ein Magnetkopf zugeordnet ist,von denen jeder auf einem drehbaren Abtastarm angebracht ist und deren Drehwellen über ein kompliziertes Untersetzungsgetriebe alle von dem Verdrängungskörper betätigt werden. Ein solcher Flüssigkeitsniveaumesser hat zwar eine hohe Meßgenauigkeit, er ist jedoch verhältnismäßig sehr kompliziert und aufwendig aufgebaut.

Schließlich sind aus der US-PS 27 66 623 und der US-PS 35 17 282 Kapazitätsänderungseinrichtungen beschrieben, von denen diejenige nach der ersten dieser beiden Druckschriften in einen Flüssigkeitsdichte- oder -dielektrizitätskonstantenmesser eingebaut ist, der im wesentlichen aus einem stets vollständig in die Flüssigkeit eingetauchten Schwimmer besteht, welcher fest an einer Welle angebracht ist, mittels deren Drehung die Kapazitätsänderungseinrichtung verstellt wird, während die Kapazitätsänderungseinrichtung nach der letzteren Druckschrift als allgemein verwendbarer veränderbarer kapazitiver Meßwandler beschrieben ist.

Im einzelnen umfaßt die eine der beiden in der US-PS 27 66 623 beschriebenen Ausführungsformen der Kapazitätsänderungseinrichtung im wesentlichen zwei Kondensatoren veränderbarer Kapazität, die im Prinzip Drehkondensatoren sind und von denen der eine in die Flüssigkeit, deren Dichte oder Dielektrizitätskonstante gemessen werden soll, eingetaucht wird, während der andere von einem flüssigkeitsdichten Gehäuse umgeben und damit von der Flüssigkeit abgeschirmt ist. Zur Messung dient eine entsprechende Meßschaltung. Eine weiterentwickelte Ausführungsform, die in der US-PS 27 66 623 beschrieben ist, unterscheidet sich im wesentlichen dadurch von der vorstehend genannten Ausführungsform, daß deren beide Kondensatoren veränderbarer Kapazität verdoppelt sind, d. h. es sind jeweils zwei gleiche und hintereinandergeschaltete Kondensatoren vorgesehen, die durch eine feststehende und durchgehende öffnungslose Abschirmungsplatte voneinander getrennt sind.

Der variable Kapazitätswandler nach der US-PS 35 17 282 besteht aus drei koaxialen Kondensatorplatten, von denen nur eine verdrehbar ist, wobei die eine feststehende Kondensatorplatte in zwei voneinander isolierte Platten aufgeteilt ist, um zwei verschiedene Kondensatoren zu bilden, die mit einer Brückenschaltung verbunden werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsniveaumesser der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß dieser bei verhältnismäßig einfacher Ausführung eine hohe Meßgenauigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dieser erfindungsgemäße Flüssigkeitsniveaumesser hat insbesondere folgende Vorteile:

• (1) Da die Veränderung der Kapazität durch die kontinuierliche Veränderung der durch die Abschirmplatten gebildeten gemeinsamen Öffnungsbereiche bewirkt wird, kann der Flüssigkeitsniveaumesser nach der vorliegenden Erfindung feinste Flüssigkeitsniveauänderungen kontinuierlich detektieren, so daß er eine hohe Meßgenauigkeit hat und dem Flüssigkeitsniveau nicht nur in begrenzten Schritten, wie es bei den bekannten Nachführeinrichtungen vom Ein-Aus-Typ ist, sondern vielmehr kontinuierlich folgen kann.
• (2) Da der erfindungsgemäße Flüssigkeitsniveaumesser, wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, eine verbesserte hohe Detektionsempfindlichkeit hat, ermöglicht er es, Verdrängungskörper von sehr kleinen Abmessungen bei gleicher Wirkung zu verwenden. Diese wesentlich kleinere Abmessung des Verdrängungskörpers bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsniveaumesser hat den Vorteil, daß die Einführöffnung für diesen Verdrängungskörper an der Oberseite des jeweiligen Flüssigkeitstanks verhältnismäßig sehr klein im Vergleich zu der nach dem Stande der Technik erforderlichen Einführöffnung ausgeführt werden kann.
• (3) Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsniveaumesser ist trotz seiner hohen Meßgenauigkeit verhältnismäßig einfach aufgebaut, insbesondere im Vergleich mit dem oben erörterten Flüssigkeitsniveaumesser nach der DE-OS 26 59 416.
• (4) Die Möglichkeit, den Verdrängungskörper in seinen Abmessungen verhältnismäßig sehr klein auszubilden, ergibt einige weitere, wesentliche Vorteile: Da Flüssigkeitsniveaumesser der hier in Frage stehenden Art weitgehend zum Detektieren des Flüssigkeitsniveaus einer entflammbaren Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, Benzin, Dieselkraftstoff od. dgl., verwendet werden, ist es wichtig, daß die Auftreffenergie des Verdrängungskörpers auf die Flüssigkeit, wenn dieser aus Unachtsamkeit in den Tank hineinfallen gelassen wird, gering ist, damit die Gefahr einer Entzündung der entflammbaren Flüssigkeit so klein wie möglich gehalten wird. Da nun der Verdrängungskörper bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsniveaumesser klein und damit auch leicht ausgeführt werden kann, wird eine solche Entzündungsgefahr weitestgehend bei dem Flüssigkeitsniveauanzeiger nach der Erfindung ausgeschaltet. Ein solcher kleiner und leichter Verdrängungskörper erfordert keinen zusätzlichen Führungsdraht gegen eine zu starke Beeinflussung durch Flüsigkeitswellen im Tank, wie er bei den relativ großen Verdrängungskörpern der Flüssigkeitsniveaumesser gemäß dem Stande der Technik erforderlich ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachfolgend anhand einiger, in den Fig. 2 bis 9 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, wobei in den verschiedenen Figuren der Zeichnung gleichartige bzw. ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind; es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsniveaumessers nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein hauptsächlich im Vertikalschnitt dargestelltes, erstes Ausführungsbeispiel eines Flüssigkeitsniveaumessers nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Ansicht, die zur Erläuterung von Abschirmplatten, wie sie in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden, dient,

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das eine elektrische Schaltung veranschaulicht, die bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird,

Fig. 5 ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel eines Kapazitätswandlers veranschaulicht, wie er in der Schaltung nach Fig. 4 verwendet werden kann,

Fig. 6 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Betriebsweise eines Komparators, wie er in der Schaltung nach Fig. 4 vorgesehen ist, und

Fig. 7, 8 und 9 auseinandergezogene Ansichten anderer Ausführungsbeispiele von Abschirmplatten, die in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsniveaumessers verwendet werden können.

Es sei zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel eines Flüssigkeitsniveaumessers unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 näher erläutert, von denen die Fig. 2 eine Vertikalansicht durch den Flüssigkeitsniveaumesser veranschaulicht, in dem diejenigen Elemente, welche denen der Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und auf ihre Erläuterung in Verbindung mit Fig. 1 verwiesen wird. In diesem Ausführungsbeispiel dient ein Paar von Abschirmplatten 20 und 21 (die z. B. aus isolierendem Material hergestellt sind) als elektrostatische Kapazitätsänderungseinrichtung, wie weiter unten näher erläutert ist, und diese Abschirmplatten sind in Verbindung mit der Trommelwelle 2 und dem Schneckenrad 4 so angeordnet, daß die Feder 11 zwischen einem Federanschlag 18, der an der Trommelwelle 2 befestigt ist, und dem Federanschlag 17, der an einer Federbefestigungsplatte 19 befestigt ist, die indirekt an das Schneckenrad 4 angekoppelt ist, gestreckt bzw. gespannt wird. Das Paar von Abschirmplatten 20 und 21 ist in der Weise auf- bzw. eingebaut, daß die eine Abschirmplatte 20 an dem Federanschlag 18 befestigt ist und demgemäß die Trommelwelle 2 zusammen mit derselben gedreht wird, während die andere Abschirmplatte 21 an einer hülsenartigen Antriebswelle 22 befestigt ist. Diese Antriebswelle 22 ist koaxial mit der Trommelwelle 2 und frei drehbar um ein Lagerteil 22′, durch das die Trommelwelle 2 drehbar hindurchverläuft bzw. in dem die Trommelwelle 2 gelagert ist. Das Schneckenrad 4 ist an der Außenseite bzw. auf dem äußeren Umfang der Antriebswelle 22 befestigt. Weiterhin sind die Abschirmplatte 21 und die Federbefestigungsplatte 19 durch wenigstens ein Stabteil 19′ integral bzw. fest miteinander gekoppelt. Demgemäß sind die Trommelwelle 2 und die Antriebswelle 22 über die Feder 1 elastisch miteinander gekoppelt, so daß sie unter dem Einfluß der Zugfestigkeit der Feder 11 bzw. soweit die Zugfestigkeit der Feder 11 das zuläßt, relativ zueinander frei drehbar sind.

In Fig. 2 ist mit 23 eine Abdeckung bezeichnet, die so ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß sie die Abschirmplatten 20 und 21 abdeckt, und zwar unter Einhaltung eines Abstands zu denselben, wie aus der Darstellung ersichtlich ist, und diese Abdeckung 23 ist an einem ortsfesten Teil (nicht dargestellt) befestigt, so daß sie nicht drehbar ist. Die Abdeckung 23 ist aus zwei seitlichen Scheibenteilen 23₁ und 23₂ zusammengesetzt sowie aus einem Zylinderteil 23₃, das die äußeren Umfänge der seitlichen Scheibenteile 23₁ und 23₂ verbindet, und alle diese Teile sind aus isolierendem Material hergestellt. Die Scheibenteile 23₁ und 23₂ sind in ihrer Mitte durchbohrt bzw. mit Öffnungen 23₄ und 23₅ versehen, so daß die Antriebswelle 22 und dergl. frei drehend hindurchverlaufen kann. Auf der inneren Oberfläche des Scheibenteils 23₁ der Abdeckung 23 ist gegenüber der Abschirmplatte 20 und in einem Abstand von letzterer eine ringförmige Elektrode 24 befestigt oder in sonstiger Weise aufgebracht, und auf der inneren Oberfläche des Scheibenteils 23₂ ist gegenüber der Abschirmplatte 21 unter Abstand von letzterer in gleichartiger bzw. ähnlicher Weise eine ringförmige Elektrode 25 befestigt oder in sonstiger Weise angebracht. Diese Elektroden 24 und 25 dienen zusammen mit den Abschirmplatten 20 und 21 als variable Kapazitätselemente. Die Elektrode 24 ist mit einem Hochfrequenzoszillator 26, der z. B. eine Frequenz von 10 kHz liefert, verbunden, um als Erregerelektrode elektrische Kraftlinien zu erzeugen, und die Elektrode 25 dient dazu, als Empfangselektrode die elektrischen Kraftlinien, die durch die Abschirmplatten 20 und 21 hindurchgehen, zu empfangen, und sie ist mit einer elektronischen Steuerschaltung 27 verbunden. Das Ausgangssignal der elektronischen Steuerschaltung 27 wird dem Motor 9 zugeführt, und es dient dazu, dessen Drehrichtung und -geschwindigkeit zu steuern. Die Drehwelle des Motors 9 ist integral bzw. fest an die Schnecke 8 angekoppelt, die mit dem Schneckenrad 4 kämmt, und außerdem ist diese Drehwelle durch eine Riemenkupplung 16 oder in sonstiger Weise an die Anzeigeeinrichtung 15 angekoppelt.

Wie die Fig. 3 zeigt, sind die Abschirmplatten 20 und 21 in ihrer Mitte jeweils mit Durchgangslöchern 20₁ und 21₁ versehen, durch welche die Trommelwelle 2 drehbar hindurchverlaufen kann. Die Abschirmplatten 20 und 21 sind weiterhin in jedem Zwischenteil (zwischen ihrer Mitte und ihrem äußeren Umfang) mit einer Mehrzahl von radialen Schlitzen oder sektorförmigen Öffnungen 28 und 28′ versehen, die in gleichen Abständen voneinander vorgesehen sind und untereinander im wesentlichen die gleiche Konfiguration haben. Die Abschirmplatte 20 ist außerdem an einer Stelle zwischen ihrem Radialschlitzbereich und der mittigen Durchgangsöffnung 20₁ mit wenigstens einer langgestreckten oder bogenförmigen Öffnung 20₂ versehen, durch die das Stabteil 19′, das an der Abschirmplatte 21 befestigt ist, bewegbar hindurchverläuft, so daß die Abschirmplatten 20 und 21 eine Relativdrehung in bezug aufeinander ausführen können, wodurch der Öffnungsbereich, der von beiden Öffnungen 28 und 28′ dieser Abschirmplatten 20, 21 gebildet wird, eingestellt bzw. verändert werden kann. In Fig. 3 sind die Teile der Abschirmplatte 21, die durch die Öffnungen 28 der Abschirmplatte 20 sichtbar sind, mit schraffierten Linien dargestellt, während die durch die Abschirmplatte 20 verdeckten Ränder der Öffnungen 28′ der Abschirmplatte 21 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Weiterhin sind diese Abschirmplatten 20 und 21 beide mit Masse bzw. Erdpotential verbunden. Der übrige Aufbau des Flüssigkeitsniveaumessers ist im wesentlichen der gleiche wie derjenige eines Flüssigkeitsniveaumessers nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1.

Als nächstes sei die Betriebsweise des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben. Wenn der Verdrängungskörper 10 auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmt, dann wird das Drehmoment, das von dem Verdrängungskörper 10 auf die Trommelwelle 2 ausgeübt wird, durch die Spannung der Feder 11 ausgeglichen bzw. im Gleichgewicht gehalten, wie das bei dem oben erläuterten Beispiel eines Flüssigkeitsniveaumessers nach Fig. 1 der Fall ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß in diesem Zustand jeder Öffnungsbereich bzw. jede Öffnungsfläche, der bzw. die durch die jeweiligen sektorförmigen Öffnungen 28 und 28′ der Abschirmplatten 20 und 21 gebildet wird, im wesentlichen gleich der Hälfte jedes Sektorbereichs bzw. jeder Sektorfläche ist, wie in Fig. 3 dargestellt. Demgemäß verlaufen die elektrischen Kraftlinien von der Elektrode 24 durch die vorerwähnten Öffnungsbereiche bzw. -flächen der Öffnungen 28 und 28′ zu der Elektrode 25. Da aufgrund der vorstehenden Anordnung die elektrostatische Kapazität, die sich zwischen den Elektroden 24 und 25 ergibt, der Anzahl der elektrischen Kraftlinien proportional ist, welche von der Elektrode 24 ausgehend die Elektrode 25 erreichen, ist die elektronische Steuerschaltung 27, die mit der Elektrode 25 verbunden ist, so ausgebildet, daß sie die elektrostatische Kapazität in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt, so daß sie also ein Ausgangssignal liefert, welches von der Größe der jeweiligen elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden 24 und 25 abhängt. Das Niveau dieses elektrischen Signals von der elektronischen Steuerschaltung 27 ist bei dem obigen Zustand (nämlich dem Gleichgewichtszustand) so, daß es keine Drehung des Motors 9 veranlaßt (das Niveau dieses elektrischen Signals sei z. B. in diesem Zustand gleich einer Bezugsspannung V _B ).

Wenn nun z. B. die Flüssigkeitsoberfläche absinkt, bleibt der Verdrängungskörper 10 gewissermaßen teilweise oder ganz in der Luft hängen, so daß sein Auftrieb, den er durch die Flüssigkeit erfahren hatte, abnimmt. Infolgedessen wird das Drehmoment, das über den Draht 12 auf die Trommelwelle 2 ausgeübt wird, größer als die Spannung der Feder 11, so daß die Trommelwelle 2 nach rechts oder im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie das auch bei der weiter oben erläuterten Einrichtung nach Fig. 1 derFall ist. Daher wird die Abschirmplatte 20, die an die Trommelwelle 2 angekoppelt ist, in der Richtung nach rechts oder in der Richtung des Pfeils a₂ der Fig. 3 relativ zu der Abschirmplatte 21 gedreht. Als Ergebnis dieses Vorgangs kommt es dazu, daß die gegenseitige Abweichung bzw. der Grad der Nichtübereinstimmung der Öffnungen 28 und 28′ zwischen beiden Abschirmplatten 20 und 21 z. B. größer wird. Mit anderen Worten bedeutet das, daß der Öffnungsbereich bzw. die Öffnungsfläche zwischen beiden Abschirmplatten 20 und 21 durch die Öffnungen 28 und 28′ hindurch vermindert wird, so daß die Anzahl der elektrischen Kraftlinien, die durch die Öffnungen 28 und 28′ zwischen den Elektroden 24 und 25 hindurchgehen, herabgesetzt und dadurch die elektrostatische Kapazität zwischen letzteren beiden vermindert wird. Die elektronische Steuerschaltung 27 arbeitet so, daß sie diese Kapazitätsänderung (Verminderung) in ein elektrisches Signal umwandelt, das dann an den Motor 9 abgegeben wird, so daß letzterer entsprechend die Antriebswelle 22 nach rechts oder im Uhrzeigersinn dreht. Diese Drehung der Antriebswelle 22 wird durch die Kupplungsteile, wie z. B. die Feder 11 und dergl., auf die Trommelwelle 2 und infolgedessen auf die Trommel 1 übertragen, so daß letztere im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn der Verdrängungskörper 10 auf diese Weise auf die Flüssigkeitsoberfläche abgesenkt worden ist und wieder auf dieser schwimmt, dann wirkt die Spannung der Feder 11 in der Weise, daß die Öffnungsfläche zwischen den jeweiligen Öffnungen 28 und 28′ der Abschirmplatten 20 und 21 wieder auf die Hälfte jeder Öffnungsfläche gebracht wird, also auf den Zustand, welcher dem Gleichgewichtszustand entspricht. Demgemäß stoppt der Motor 9 seine Drehung, und der Gleichgewichtszustand wird aufrechterhalten. Gleichzeitig mit dem vorstehenden Vorgang wird auch die Anzeigeeinrichtung 15, die an die Schnecke 8 angekoppelt ist, betrieben, so daß sie nun das neue Flüssigkeitsniveau, vorzugsweise in digitaler Weise, anzeigt.

Wenn hingegen die Flüssigkeitsoberfläche ansteigt und dadurch das Drehmoment, das auf die Trommelwelle 2 einwirkt, herabgesetzt wird, dann dreht sich die Abschirmplatte 20 im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Abschirmplatte 21, wodurch die Abweichung bzw. das Maß der Nichtübereinstimmung der Öffnungen 28 und 28′ zwischen den beiden Abschirmplatten 20, 21 vermindert wird, was zur Folge hat, daß die von den Öffnungen 28 und 28′ gebildete Öffnungsfläche vergrößert wird, so daß die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden 24 und 25 erhöht wird. Infolgedessen erzeugt die elektronische Steuerschaltung 27 ein Signal, das eine Drehung des Motors 9 in der Richtung bewirkt, die einem Anheben des Verdrängungskörpers 10 entspricht. Wenn das vorerwähnte Signal dem Motor 9 zugeführt wird, bewegt sich der Verdrängungskörper 10 nach aufwärts zur Flüssigkeitsoberfläche, und der Motor 9 stoppt seine Drehung, wenn der Gleichgewichtszustand wieder erreicht worden ist, und dieser Gleichgewichtszustand wird so lange aufrechterhalten, bis es zu einer erneuten Veränderung der Flüssigkeitshöhe kommt. Das Flüssigkeitsniveau wird wiederum durch die Anzeigeeinrichtung 15, vorzugsweise in digitaler Form, angezeigt.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des in der Flüssigkeitsniveaumeßeinrichtung nach Fig. 2 verwendeten elektronischen Systems dargestellt. Diejenigen Elemente in Fig. 4, die solchen in Fig. 2 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die elektronische Steuerschaltung 27 umfaßt einen Kapazitätswandler 31, der über die Elektroden 25 und 24 (diese sind in Fig. 4 als variables Kapazitätselement mit C _x bezeichnet) mit dem Hochfrequenzoszillator 26 verbunden ist. Außerdem umfaßt die elektronische Steuerschaltung 27 eine Motorgeschwindigkeits-Steuereinrichtung 32, der das Ausgangssignal des Kapazitätswandlers 31 zugeführt wird; einen Komparator 33, dem in gleichartiger Weise das Ausgangssignal des Kapazitätswandlers 31 zugeführt wird; eine Motordrehrichtungs-Steuereinrichtung 34, welcher die Ausgangssignale der Motorgeschwindigkeits- Steuereinrichtung 32 und des Komparators 33 zugeführt werden; und eine Motorantriebsschaltung 35, welcher das Ausgangssignal der Motordrehrichtungs-Steuereinrichtung 34 zugeführt wird. Der Kapazitätswandler 31 dient dazu, eine ermittelte elektrostatische Kapazität bzw. einen ermittelten elektrostatischen Kapazitätswert in eine entsprechende Gleichspannung umzuwandeln, und die Motorgeschwindigkeits- Steuereinrichtung 32, der die Ausgangsspannung des Kapazitätswandlers 31 zugeführt wird, wandelt diese Gleichspannung in ein Signal zum Steuern der Geschwindigkeit des Motors 9 um, das dann an die Motordrehrichtungs-Steuereinrichtung 34 gegeben wird. Währenddessen dient der Komparator 33 dazu, die Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn-Drehungen des Motors 9 zu diskriminieren bzw. festzustellen, ob der Motor 9 im Uhrzeiger- oder im Gegenuhrzeigersinn verdreht werden muß. Mit anderen Worten bedeutet das, daß dem Komparator 33 die Ausgangsspannung des Kapazitätswandlers 31 zugeführt wird, damit er diese mit der vorerwähnten Bezugsspannung V _B vergleichen kann, welche dem Gleichgewichtszustand entspricht. Wenn die Ausgangsspannung des Kapazitätswandlers 31 höher als die Bezugsspannung V _B ist, dann erzeugt der Komparator 33 ein Diskriminations- bzw. Unterscheidungssignal für das Bewirken einer Drehung des Motors 9 im Gegenuhrzeigersinn, was einer Steigbewegung des Verdrängungskörpers 10 entspricht. Wenn andererseis die Ausgangsspannung des Kapazitätswandlers 31 niedriger als die Bezugsspannung V _B ist, dann erzeugt der Komparator 33 ein Diskriminations- bzw. Unterscheidungssignal für das Bewirken einer Drehung des Motors 9 im Uhrzeigersinn, was einer Abwärtsbewegung des Verdrängungskörpers 10 entspricht. Diese Signale werden der Motordrehrichtungs-Steuereinrichtung 34 zugeführt. Die Motordrehrichtungs-Steuereinrichtung 34 erhält somit sowohl das vorerwähnte Geschwindigkeitssteuersignal als auch das Diskriminations- bzw. Unterscheidungssignal, so daß sie ein Signal zum Steuern der Drehrichtung und der Geschwindigkeit des Motors 9 erzeugt, und dieses Signal wird der Motorantriebsschaltung 35 zugeführt. Diese gibt dann an den Motor 9 ein Signal zum Steuern von dessen Drehrichtung und -geschwindigkeit ab, so daß der Motor 9 in einer vorbestimmten Richtung und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit angetrieben wird.

Die Steuerschaltung 27 ist daher eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Ansprechung auf die Drehmomentänderung und zum Zuführen des elektrischen Signals zu dem Motor, so daß dieser die Trommel in einer Richtung dreht, die eine Drehmomentänderung im Sinne einer Rückkehr zu einem Gleichgewichtszustand des Drehmoments mit der Feder und eine Rückkehr zu diesem Gleichgewichtszustand zur Folge hat.

Der Kapazitätswandler 31 kann von jeder beliebigen Art sein, vorausgesetzt, daß er eine elektrostatische Kapazität bzw. einen elektrostatischen Kapazitätswert in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt. Ein Beispiel der Kapazitätsmeßeinrichtung 31 sei nunmehr in näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Fig. 5 erläutert. In Fig. 5 ist mit A₁ ein Operationsverstärker bezeichnet, dessen negativer (-) Eingangsanschluß mit dem Ausgang des variablen Kapazitätselements C _x verbunden ist, während sein positiver (+) Eingangsanschluß mit Masse verbunden ist. Mit dem Bezugszeichen e _i ist die Ausgangsspannung des Hochfrequenzoszillators 26 bezeichnet; C _f ist ein Rückkopplungskondensator zwischen dem negativen Anschluß (-) des Operationsverstärkers A₁ und dessen Ausgangsanschluß; und e _o ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A₁. Mit dem Bezugszeichen 36 ist eine Gleichrichterschaltung bezeichnet, die aus einem Operationsverstärker A₂, Dioden D₁ und D₂, Widerständen R₁ und R₂ sowie einem Kondensator C₁ besteht, wobei der negative Anschluß (-) des Operationsverstärkers A₂ über eine Reihenschaltung eines Kondensators C und eines Widerstands R mit der Ausgangsspannung e _o des Operationsverstärkers A₁ beaufschlagt wird, während der positive Anschluß (+) des Operationsverstärkers A₂ an Masse gelegt ist. Weiterhin ist mit e _s die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 36 bezeichnet.

Wenn die Übertragungsfunktion des Operationsverstärkers A₁ als Z _T bezeichnet wird, ergibt sich nun die folgende Beziehung.

Demgemäß ist die Ausgangsspannung e _o des Operationsverstärkers A₁ proportional dem Kapazitätswert des variablen Kapazitätselements C _x . Diese Ausgangsspannung e _o des Operationsverstärkers A₁ wird von der Gleichrichterschaltung 36 gleichgerichtet, um die Ausgangsspannung e _s zu erzeugen, so daß die Ausgangsspannung e _s eventuell (sofern im Proportionalitäts- bzw. Linearitätsbereich der Gleichrichterschaltung 36 gearbeitet wird) dem Kapazitätswert des variablen Kapazitätselements C _x proportional ist. Da der Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers A₁ sehr groß gewählt ist, kann die Spannung zwischen dem positiven (+) und dem negativen (-) Eingangsanschluß desselben sehr klein gemacht werden.

Die Fig. 6 ist eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Betriebsweise des Komparators 33, der die Uhrzeigersinn- und Gegenuhrzeigersinndrehungen des Motors 9 oder die Sink- und Steigbewegungen des Verdrängungskörpers 10 diskriminiert. Auf der Ordinate der Fig. 6 ist die Differenzspannung V zwischen der Ausgangsspannung des Kapazitätswandlers 31 und der Bezugsspannung V _B aufgetragen, während auf der Abszisse das Drehmoment T, das an den Motor 9 angelegt werden soll, aufgetragen ist. Die linke Seite der Drehmomentswerte T von der Mitte aus ist in Fig. 6 der Drehrichtung im Uhrzeigersinn oder der Absinkrichtung des Verdrängungskörpers 10 zugeordnet, während die rechte Seite der Drehrichtung im Gegenuhrzeigersinn oder der Steigrichtung des Verdrängungskörpers 10 zugeordnet ist, wobei die Mitte der Ordinate der Bezugsspannung V _B entspricht.

Wie man aus der obigen Erläuterung ersieht, wird bei der vorgeschlagenen Flüssigkeitsniveaumeßeinrichtung keinerlei mechanisches Kontaktteil, wie es z. B. ein beweglicher Kontakt, ein ortsfester Kontakt, ein Schleifring, eine Bürste oder dergl. ist, verwendet, und infolgedessen ist kein Teil für Abnützung anfällig, bzw. kein Teil kann durch Abnützung ausfallen. Darüber hinaus kann, da die Änderung des Drehmoments elektronisch ermittelt wird, ein weiteres Steuersignal (oder mehrere weitere Steuersignale), z. B. ein Steuersignal für einen solchen abnormalen Zustand, wie er vorhanden ist, wenn ein übermäßiges Drehmoment auftritt oder der Draht 12 zu Bruch gegangen ist, leicht erzeugt werden. Außerdem ist die Form der Öffnung in der Abschirmplatte 20, 21 nicht notwendig auf eine Sektorform beschränkt, wie sie dargestellt ist, sondern sie kann auf verschiedenste Weise verändert werden, so daß man verschiedenste Arten zur Ermittlung eines Drehmoments zur Verfügung hat.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, daß die Aschirmplatten 20 und 21 auf die Ausführungsformen beschränkt sind, die in Fig. 3 gezeigt sind. Beispielsweise kann, wie in Fig. 7 veranschaulicht ist, eine Mehrzahl von runden Öffnungen 40 und 40′ anstelle der sektorförmigen Öffnungen 28 und 28′, die in Fig. 3 gezeigt sind, jeweils in den Abschirmplatten 20 und 21 vorgesehen sein. In diesem Fall können z. B. vier bogenförmige Öffnungen 20₂ mit einem Winkelabstand von 90° zwischen benachbarten bogenförmigen Öffnungen durch die Abschirmplatte 20 gebohrt oder in sonstiger Weise hindurchgeführt sein, und demgemäß können vier Stabteile 19′ in entsprechender Weise verwendet werden.

Es ist auch möglich, eine Mehrzahl von quadratischen, rechteckigen oder sektorförmigen Öffnungen 50 in der Abschirmplatte 20 auszubilden, die voneinander den gleichen Winkelabstand haben, und eine entsprechende Anzahl von dreieckigen Öffnungen 50′ mit dem entsprechenden Winkelabstand in der Abschirmplatte 21 vorzusehen, wie in Fig. 8 gezeigt ist.

Weiterhin kann nach der Ausführungsform, die in Fig. 9 gezeigt ist, eine große Änderung des Drehmoments unter Überdeckung eines großen bzw. weiten Winkels ermittelt werden, wenn eine sektorförmige Öffnung 60 in der Abschirmplatte 20 vorgesehen ist, während eine entsprechende spiralförmige Öffnung 60′ in der Abschirmplatte 21 über etwa die Hälfte von deren Umfang vorgesehen ist, wobei die Breite dieser letztgenannten Öffnung 60′ in der Radialrichtung allmählich längs der Umfangsrichtung der Abschirmplatte 21 abnimmt.

In diesem Falle stellt man den Gleichgewichtszustand vorzugsweise in der Position ein, in welcher die Öffnung 60 etwa der Mitte der Öffnung 60′ entspricht bzw. sich in der Mitte der spiralförmigen Öffnung 60′ befindet (das ist also etwa die Position, die im rechten Teil der Fig. 9 angedeutet ist).

Claims (7)

1. Flüssigkeitsniveaumesser mit einem Verdrängungskörper, der auf einer Flüssigkeit, deren Niveau gemessen werden soll, schwimmen gelassen wird;
sowie mit einem Draht, einem Band oder einer Schnur, der bzw. die an seinem bzw. ihrem einen Ende an dem Verdrängungskörper befestigt ist, so daß letzterer daran aufgehängt ist;
mit einer Trommel, die an einer Trommelwelle befestigt ist und den Draht, die Schnur oder das Band darauf aufnimmt und abgibt;
einer Antriebswelle, die koaxial mit der Trommelwelle ist;
einem Motor zum Antreiben der Antriebswelle durch eine Kupplungseinrichtung;
einer Einrichtung zum elastischen Koppeln der Trommelwelle an die Antriebswelle;
einer Einrichtung zum Anzeigen des Niveaus der Flüssigkeit in Übereinstimmung mit der Drehung des Motors;
mit einer Einrichtung zum Ermitteln der Veränderung des auf die Trommelwelle ausgeübten Drehmoments, welche durch eine Niveauänderung der Flüssigkeit bewirkt wird, wobei die Einrichtung zum Ermitteln der Veränderung des Drehmoments ein Paar von ringförmigen Elektroden aufweist, die einander gegenüberliegend und im Abstand voneinander angeordnet sind;
und mit einer Steuerschaltung, die entsprechend den Signalen, die von der Einrichtung zum Ermitteln der Veränderung des Drehmoments abgegeben werden, den Motor steuert;
dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazitätsänderungseinrichtung in dem Zwischenraum zwischen den ringförmigen Elektroden (24, 25) vorgesehen ist, die ein Paar von scheibenförmigen Abschirmplatten (20, 21) aufweist, von denen jede eine oder mehrere Öffnungen (28, 28′; 40, 40′, 50, 50′; 60, 60′) hat, wobei die eine (20) der beiden scheibenförmigen Abschirmplatten (20, 21) an der Trommelwelle (2) und die andere (21) an der zu drehenden Antriebswelle (22) befestigt ist, so daß die beiden Abschirmplatten (20, 21) in Ansprechung auf eine Niveauänderung der Flüssigkeit relativ zueinander verdrehbar und damit die Öffnungsbereiche, welche durch die übereinanderliegenden Bereiche der Öffnungen (28, 28′; 40, 40′; 50, 50′; 60, 60′) der beiden Abschirmplatten (20, 21) gebildet sind, variierbar sind, sowie dadurch die von den beiden Elektroden (24, 25) gebildete Kapazität veränderbar ist.

2. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplatten (20, 21) im Abstand voneinander und auch von den beiden Elektroden (24, 25) angeordnet sind.

3. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen (28, 28′) eine Sektorform bzw. die Form eines Kreisringabschnitts hat.

4. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen (40, 40′) eine runde Form, insbesondere eine Kreisform, hat.

5. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (50) von einer (20) der Abschirmplatten (20, 21) eine Sektorform bzw. die Form eines Kreisringabschnitts hat, während die Öffnung (50′) der anderen Abschirmplatte (21) eine dreieckige Form hat.

6. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (60) von einer (20) der Abschirmplatten (20, 21) eine Sektorform bzw. die Form eines Kreisringabschnitts hat, während die Öffnung (60′) der anderen Abschirmplatte (21) eine Spiralform hat.

7. Flüssigkeitsniveaumesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der spiralförmigen Öffnung (60′) in der Radialrichtung allmählich längs der Umfangsrichtung der Abschirmplatte (21) abnimmt.