DE3248449A1 - Verfahren zur messung des fluessigkeitsspiegels von elektrisch leitenden medien in fluessigkeitsbehaeltern mit sich veraenderndem fluessigkeitsniveau und eine vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich-
• tung zur Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich veränderndem Flüssigkeitsniveau.
• Bekannt sind verschiedene Verfahren, nach denen man die Füllstandshöhe von elektrisch leitenden Medien, insbesondere Flüssigkeiten, wie z.B. Brauchwasser, messen kann. Die meisten davon werden bei freier Füssigkeitsoberfläche, also einer eindeutig definierten Trennebene zwischen Luft und der leitenden Flüssigkeit, gut funktionieren. Sowie aber Verunreinigungen, insbesondere Öle auf der Oberfläche schwimmen, ist die Durchführung dieser Verfahren oftmals mit Schwierigkeiten verbunden und es kann sich eine völlige Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit von entsprechenden Vorrichtungen ergeben. Da die Meßfühler beim Aufsteigen der Flüssigkeit durch die Ölschicht hindurchstoßen müssen, verkleben und verschmieren ihre Oberflächen bzw. es setzen sich ihre entsprechenden Öffnungen mit Verunreinigungen, beispielsweise Ölklumpen, zu.
• Ein sehr umfangreicher und kritischer Anwendungsbereich für derartige Meßverfahren und Meßgeräte ist die Ölbeseitigungstechnik. - Für die Effektivität von blåufnahmegeräten ist die Kenntnis der Dicke der aufzunehmenden Öl schicht äußerst wichtig. Bisher gibt es kein Meßverfahren, das in der Lage ist, die Trennschicht zwischen Öl und Wasser meßtechnisch genau zu erfassen, denn zumindest bei hochviskosen und stark adhärierenden Ölen werden die Fehlerabweichungen unverhältnismäßig groß.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen Höhen-und Füllstandsmessungen von elektrisch leitenden Medien, insbesondere Wasser, auch dann durchführbar sind, wenn auf der Flüssigkeitsoberfläche des elektrisch leitenden Mediums eine Schicht aus einem nicht leitenden Medium, wie z.B.
• Ö1, schwimmt, ohne daß durch das nicht leitende Medium das Meßverfahren beeinträchtigt wird oder es zu Fehlmessungen kommt.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich veränderndem Flüssigkeitsniveau vorgeschlagen, nach dem erfindungsgemäß die Höhe des Flüssigkeitsspiegels gegenüber einem vorgebbaren Nullniveau durch die Messung der Kapazität eines Koaxial-Kondensators dessen negative Elektrode durch das leitende Medium ausbildbar ist, gemessen wird.
• Als weitere Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, die erfindungsgemäß als ein mit einer Isolierschicht ummantelter Kern ausbildet ist,- der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff besteht und in das elektrisch leitende Medium getaucht einen Kondensator mit einer vom leitenden Medium gebildeten Massenelektrode bildet.
• Mit einem derartigen Verfahren und der hierfür ausgebildeten Vorrichtung ist die Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich,'veränderndem Flüssigkeitsniveau auch dann durchführbar, wenn sich auf der Flüssigkeitsoberfläche der elektrisch leitenden Flüssigkeit eine Schicht aus einem nicht-leitenden Medium, wie beispielsweise eine Ölschicht, befindet. Das Verfahren beruht auf einer kapazitiven Messung mit einem Koaxial-Kondensator. Die positive Elektrode wird durch einen stabförmigen, elektrisch leitenden Kern, in der Regel also durch einen Metallstab von beliebiger,Länge, dargestellt.
• Die negative Elektrode ist die elektrisch leitende Flüssigkeit selbst, wobei die Verbindung mit den entsprechenden Kapazitätsbestimmungseinrichtungen über eine an beliebiger Stelle in der Flüssigkeit eingebrachte Kontakteinrichtung hergestellt wird. Da Öle elektrisch nicht-leitend sind haben sie auf die Messung der Eintauchtiefe der Meßvorrichtung in das Wasser keinen Einfluß.
• Die Änderung der Kapazität wird nicht durch die Anderung eines Dielektrikums bewirkt, sondern durch die Anderung der elektrisch wirksamen Fläche der Außenelektrode, denn die Kapazität eines Zylinderkondensators ist stets proportional zu seiner Länge, d.h. je. höher das Wasser an der Meßvorrichtung emporsteigt, um so größer wird die Kapazität, und zwar völlig unabhängig von irgendwelchen Ölschichten, die auf der Oberfläche schwimmen. Lediglich der außen am Stab anhaftende ö1-film, der mit in die Tiefe gezogen wird, könnte das Ergebnis in Form einer Vergrößerung des -Außendurchmessers beeinflussen.
• Es hat sich aber überraschenderweise bei der Durchführung diverser Versuche gezeigt, daß sich diese Abweichungen durch geeignete Auswahl der Abmessungen und Materialien bei der Ausbildung der Meßvorrichtung in unbedeutenden Grenzbereichen halten lassen.
• Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist sehr robust und einfach, da sie lediglich aus einem stark isolierten Metallstab besteht. Außerdem ist sie in weiten Bereichen temperaturunabhängig und reagiert äußerst schnell,da sich das elektromagnetische Feld zwischen Stab und dem leitenden Medium schlagartig aufbaut. Ferner ist die Vorrichtung absolut zuverlässig , da keine komplizierten beweglichen oder verschmutzbaren Bauteile verwendet werden. In der'Oberfläche schwimmende, nicht-leitende Verunreinigungen , wie beispielsweise Öle, in beliebigen Schichtstärken beeinflussen die Messungen nicht. Das Gerät ist nicht nur für alle leitenden Flüssigkeiten, sondern auch'für leitfähiges Schüttgut, wie beispielsweise Metallpulver, verwendbar.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
• In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in einer schaubildlichen Seitenansicht dargestellt.
• Die mit 100 bezeichnete Vorrichtung besteht ads einem mit einer Isolierschicht 2 ummantelten Kern 1.
• Der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellte, stabförmige Kern 1 bildet die positive Elektrode eines,Koaxial-Kondensators 6 und er ist mindestens so lang ausgebildet, wie die Spiegelhöhe der zu messenden Flüssigkeit maximal schwanken kann. Der Kern 1 ist ummantelt von der gegenüber dem Stabdurchmesser relativ dicken Isolierschicht 2, die auch um das untenseitige Ende 3 des Kerns herumgezogen ist. Die als Dielektrikum dienende Isolierschicht, die den Kern 1 konzentrisch umgibt, ist bezüglich ihrer Abmessungen und Materialdaten (Dielektrizitätskonstante) so gewählt, daß auswertbare Meßwertergebnisse erreichbar sind. Sie kann aus einem Kunststoff mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante, wie Polytetrafluoräthylen, unter dem Sndelsnamen Teflon bekannt, Polystyrol, Polyäthylen od.dgl. bestehen.
• Um gegebenenfalls beim Eintauchvorgang der Meßvorrichtung anhaftenden Verunreinigungen eine möglichst geringe Angriffsfläche bzw. Anhaftfläche zu bieten, ist die Spitze 4 der Isolierschicht 2 kegelförmig ausgebildet, wobei hier auch andere geeignete geometrische Formgebungen gewählt werden können.
• Die Linearität zwischen Kapazität und Eintauchtiefe einer solcher als Koaxial-Kondensator arbeitenden Vorrichtung 100 ist dadurch veränderbar, daß die Isolierschicht 2 nicht zylindrisch, sondern mit einer anderen Formgebung, wie beispielsweise als Konus aufgebracht wird. Dadurch ist es möglich, in bestimmten, vorgegebenen Meßbereichen die Wasserstandshöhe feinfühliger aufzumessen als- in den anderen Bereichen.
• Die Vorrichtung kann auch aus mehreren Einzelmeßvorrichtungen bestehen, die an einem senkrechten Träger in Reihe übereinander angeordnet sind. Ebenso kann die Vorrichtung an einem senkrechten Träger so angeordnet sein, daß eine Verschiebbarkeit in Trägerlängsrichtung erreichbar ist.
• Bei einer Anordnung der Vorrichtung 100 in dem leitenden Medium 5 wird das negative Massepotential des Koaxial-Kondensators 6 durch das elektrisch leitende Medium 5 dargestellt, wobei der elektrische Anschluß über die Kontaktfläche 10 herstellbar ist. Die Änderung der Kapazität,des Koaxial-Kondensators 6 ergibt sich durch die Änderung der in der Zeichnung beispielsweise angegebenen Eintauchtiefe 7 des Metallkerns 1 in das zu messende Medium 5, wobei sich bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung als Null-Ebene 11 die untere Grenze der Eintauchtiefe 7 ergibt, da bei einem Absinken des Flüssigkeitsspiegel in den Bereich der Null-Ebene 11 die Kapazität des Koaxial-Kondensators 6 gegen null geht.
• Die auf dem zu messenden, elektrisch leitenden Medium 5 schwimmende Schicht 8, die beispielsweise aus einer Ö1-schicht bestehen kann und das elektrisch nichtleitende Medium bildet, beeinflußt die Ergebnisse der Höhen- und Füllstandsmessung nicht.
• Die bei 9 angedeutete Kapazitätsbestimmungseinrichtung ist mit dem Kern 1 und der an einer beliebigen Stelle des zu messenden Mediums 5 angeordneten Kontaktfläche 10 verbunden. Als Kapazitätsbestimmungseinrichtung 9 sind alle bekannten Vorrichtungen und Geräte zur Kapazitätsbestimmung anwendbar.
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Claims (7)

1. Titel: Verfahren zur Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich veränderndem Flüssigkeitsniveau und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche Verfahren zur Messung des Flüssigkeitsspiegels von elektrisch leitenden Medien in Flüssigkeitsbehältern mit sich veränderndem Flüssigkeitsniveau, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Flüssigkeitsspiegels gegenüber einem vorgebbaren Nullniveau durch die Messung der Kapazität eines Koaxial-Kondensators, dessen negative Elektrode dadurch das elektrisch leitende Medium ausbildbar ist, gemessen wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit einer. Isolierschicht (2) ummantelten Kern (1), der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff besteht und in das elektrisch leitende Medium (5) getaucht einen Kondensator (6) mit einer vom leitenden Medium (5) gebildeten Massenelektrode bildet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) aus einem Kunststoff mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante, wie Polytetrafluoräthylen, Polystyrol, Polyäthylen od'.dgl.,besteht
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) den Kern (1) konzentrisch umgibt, wobei der Radius dieser Isolierschicht (2) über der Länge des Kerns (1) veränderbar ausbildbar ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in das elektrisch leitende Medium (5) eingetauchte Ende (4) der Isolierschicht (2) über das Ende (3) des Kerns(l) hinaus verlängert und zugespitzt ausgebildet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2-bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorrichtungen an einem senkrechten Träger in Reihe übereinanderliegend angeordnet sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung an einem senkrechten Träger angeordnet und in Trägerlängsrichtung verschiebbar ausgebildet ist.