DE4010763A1

DE4010763A1 - Verfahren zur fuellstands- und dichtemessung in drucklosen fluessigkeitsbehaeltern

Info

Publication number: DE4010763A1
Application number: DE19904010763
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Phys Dr Schweiger; Dieter Dipl Ing Rostal; Manfred Richter; Gerhard Dipl Ing Fassauer
Original assignee: Chemiekombinat Bitterfeld VEB
Current assignee: Chemie GmbH Bitterfeld Wolfen
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1990-11-29
Also published as: DD300614A7

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Füllstandes und der Dichte in drucklosen Flüssigkeitsbehältern, vorzugsweise in Rührwerks apparaten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die bekannten, kontinuierlich arbeitenden Füllstandsmeßeinrichtungen in Flüssigkeitsbehältern beruhen auf der Verwendung von in die Flüssigkeit eintauchenden Sonden, an denen in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe meß technisch erfaßbare Änderungen von physikalischen Größen auftreten. Typi sche Vertreter dieser Füllstandsmeßverfahren sind kapazitive Verfahren und Verfahren, bei denen sich der Auftrieb eines in die Flüssigkeit eintauchen den Auftriebskörpers in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe ändert. Bei letzterem Verfahren kommt es zu Fehlmessungen, die nicht erkannt werden, wenn sich die Stoffeigenschaften der Flüssigkeiten ändern. Bei der Verwen dung von Sonden kann durch das Anbacken von Feststoffen das Meßergebnis verfälscht werden.

Weiterhin ist aus den DD-PS 1 26 747 und 2 63 586 bekannt, den Füllstand und die Dichte von Flüssigkeiten zu bestimmen, indem in definierten Abständen im Meßbehälter der hydrostatische Druck mittels Sprudelstandsmessung oder Druckmeßumformer gemessen wird. Bei dieser Methode müssen die beiden Meß stellen unter der Flüssigkeitsoberfläche liegen, so daß nur ab einem be stimmten Füllstand gemessen werden kann. Fehler der Druckmessungen sind nicht erkennbar.

Bei den bekannten Meßmethoden tauchen die Meßwertaufnehmer in das Meßme dium ein oder werden von diesem durchströmt, so daß Instandhaltungsmaß nahmen oder Funktions- und Nullpunktkontrollen schwierig zu handhaben sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Füllstand von Behältern oder die Dichte von Flüssigkeiten oder beides mit einem minimalen Aufwand zu bestimmen, wobei prinzipbedingt eine ständige Funktionskontrolle der Meßeinrichtung vorge nommen wird. Die verschiedenen Störgrößen, wie Hilfsenergieschwankung, Dichte-, Viskositäts- oder Füllstandsänderung sollen keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kombinierte Füllstands- und Dichtemessung zu realisieren, bei der die empfindlichen Bauteile, wie Druck meßstellen und Grenzwertschalter außerhalb des Behälters installiert und pe riodisch Funktions- und Nullpunktkontrollen ohne Schwierigkeiten durchge führt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Steigrohr in die zu messende Flüssigkeit taucht und in diesem mittels Vakuum oder Druck periodisch die Meßflüssigkeit vom momentanen Flüssigkeitsstand bis zu einer oberen Meßmarke gefördert wird, wobei durch die Messung der Zeitdauer des Bewegungsablaufes und durch die Messung von Zeitdifferenzen während des Be wegungsablaufes oder durch Messung von Druckwerten und Druckdifferenzen die Füllstandshöhe und/oder die Dichte der Flüssigkeit ermittelt wird.

Für die Ermittlung der Füllstandshöhe im Flüssigkeitsbehälter werden die Zeiten erfaßt, die die Flüssigkeit bis zum Erreichen einer unteren und einer oberen Meßmarke benötigt. Aus den Meßergebnissen ist die Füllstands höhe unabhängig vom Vakuum bzw. Druck, von der Viskosität und Dichte der Flüssigkeit berechenbar.

Für die Ermittlung der Dichte und der Füllstandshöhe werden die Drücke er faßt, die sich in dem Steigrohr beim Erreichen einer unteren und beim Er reichen einer oberen Meßmarke einstellen. In dem Volumen über dem Flüssig keitsspiegel baut sich ein Unterdruck auf, der der augenblicklichen Höhe der angesaugten Flüssigkeitssäule proportional ist. Die jeweils zum Zeit punkt des Erreichens der Meßmarken vorliegenden Unterdruckwerte werden mit einer schnellen Druckmeßeinrichtung erfaßt und daraus der Behälterfüllstand und die Dichte der Flüssigkeit berechnet.

Weiterhin ist es möglich, am Steigrohr in definierten Abständen in Reihe geschaltete Induktionsspulen zu installieren und im Steigrohr einen Schwim mer mit Magnet zu plazieren, so daß aus der Anzahl der Induktionsspannungs impulse bei einem Förderhub ebenfalls auf den Behälterfüllstand geschlossen werden kann.

Erfindungsgemäß kann der Füllstand auch dadurch festgestellt werden, daß die Zeit bestimmt wird, die notwendig ist, um beim Ansaugen des gasförmigen Volumenanteils im Saugrohr einen bestimmten Druckwert zu erreichen, denn das Volumen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ist je nach Füllstand unter schiedlich. Bei dieser Verfahrensweise muß lediglich im Saugrohr ein Boden ventil geschlossen werden, wenn Vakuum angeschlossen wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird prinzipbedingt eine Funktions kontrolle durchgeführt, indem der Ausfall der Meßeinrichtung sofort gemeldet wird, wenn nach einer voreingestellten Zeit ein Signal von den Meßstellen ausbleibt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an Beispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen

Fig. 1 Bewegung der Flüssigkeit durch Anwendung des Saugprinzips,

Fig. 2 Bewegung der Flüssigkeit durch Anwendung des Druckprinzips,

Fig. 3 Erzeugung von lnduktionsspannungsimpulsen durch Vorbeibewegen eines Permanentmagneten an Induktionsspulen bei der Bewegung der Flüssigkeit,

Fig. 4 Bewegung des gasförmigen Volumenanteils im Saugrohr durch Anwen dung des Saugprinzips.

Bestimmung der Füllstandshöhe in einem Flüssigkeitsbehälter

Beispiel 1

In Fig. 1 wird das Verfahren unter Anwendung von Vakuum gezeigt: In einen Flüssigkeitsbehälter 1 taucht ein am unteren Ende offenes Saugrohr 2 ein, das über ein automatisch betätigtes Ventil 8 an eine Vakuumpumpe angeschlos sen ist. Über ein anderes automatisch betätigtes Ventil 6 kann eine Verbin dung zur Atmosphäre hergestellt werden. Bei Auslösung des Meßvorganges wird Ventil 6 geschlossen und Ventil 8 geöffnet. Im Volumen über dem Flüssig keitsspiegel im Saugrohr wird ein Vakuum aufgebaut, wodurch die Flüssigkeit im Saugrohr nach oben steigt. Während des Ansteigens werden zwei Zeitmes sungen ausgelöst, von denen die erste t ₁ bei Erreichen des Grenzwertschal ters 3 und die zweite t ₂ bei Erreichen des Grenzwertschalters 4 beendet wird. Aus den Ergebnissen der Zeitmessungen wird mittels mikroelektroni scher Schaltungen bzw. durch Anwendung mikrorechentechnischer Gerätetech nik der Quotient

errechnet. Dieser Quotient ist ein Maß der Höhe des Flüssigkeitsniveaus im Flüssigkeitsbehälter. Durch die Quotientenbildung werden Fehler, die aus Veränderungen der Förderleistung der Vakuumpumpe, Dichte- oder Vis kositätsänderungen der Flüssigkeit resultieren, eliminiert.

Beispiel 2

In Fig. 2 wird das Verfahren unter Anwendung von Druck gezeigt: In ein Tauchrohr 10 ist ein Steigrohr eingezogen. Am unteren Ende des Tauchrohres ist ein Bodenventil 11 angebracht. Wird mittels eines Ventils 9 das Tauch rohr mit Druck beaufschlagt, schließt sich das Bodenventil 11 und die Flüssigkeit steigt im Steigrohr nach oben. Analog zum Beispiel 1 werden die Zeiten bewertet die bis zum Erreichen der Grenzwertmarken 3 und 4 vergehen.

Beispiel 3

In Fig. 3 wird eine Variante des Verfahrens unter Anwendung von Vakuum gezeigt: Über die gesamte Länge des Saugrohres 2 sind viele, in gleichen Abständen dicht nebeneinanderliegende Marken in Form von lnduktionsspulen 14 angebracht. In das Saugrohr ist ein Schwimmkörper 13, der mit einem Permanentmagneten 12 versehen ist, eingebracht.

Wird an das Saugrohr Vakuum angelegt, bewegt sich der Schwimmkörper mit der angesaugten Flüssigkeit an den Induktionsspulen vorbei nach oben. Beim Passieren jeder Induktionsspule wird ein elektrischer Impuls erzeugt. Die Anzahl der mit einer geeigneten elektronischen Anordnung gezählten Impulse entspricht dann der Strecke zwischen Flüssigkeitsniveau und einer oberen Grenzmarke, die z.B. durch einen Näherungsschalter realisiert ist, aus der der Behälterfüllstand ermittelt werden kann.

Beispiel 4

Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren, bei dem keine Flüssigkeiten bewegt werden müssen, wird in Fig. 4 gezeigt: Beim Anlegen des Vakuums an das Saugrohr 2 schließt sich das Bodenventil 12, so daß keine Flüssigkeit nachfließen kann. Als Maß für den Füllstand wird bewertet, wie schnell in dem Saugrohr oberhalb des Flüssigkeitsspiegels nach Schließen von Ventil 6 und gleichzeitigem Öffnen von Ventil 8 ein vorgegebener Druck wert, der an dem Monometer 5 eingestellt ist, erreicht wird.

Bestimmung der Füllstandshöhe und der Dichte einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter.

Beispiel 5

Unter Wahrung des Grundprinzips kann mit einer besonders einfachen Meß einrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, sowohl die Füllstandshöhe als auch die Dichte bestimmt werden.

An das Saugrohr 2 wird mit dem Ventil 8, das durch eine Taktsteuerung be tätigt wird, periodisch über das Drosselventil 7 Vakuum angelegt. Es baut sich in dem Volumen über dem Flüssigkeitsspiegel ein Unterdruck auf, der der augenblicklichen Höhe der angesaugten Flüssigkeitssäule proportional ist. Mittels schaltungs- und rechentechnischer Mittel werden die Unter druckwerte, die zum Zeitpunkt der Erreichung der Grenzwertmarken 3 und 4 vorliegen, mit einer schnellen Druckmeßeinrichtung 5 erfaßt und daraus der Behälterfüllstand und die Dichte der Flüssigkeit entsprechend nachfol gender Gleichungen berechnet: Sind p ₁ und p ₂ die jeweiligen Unterdrücke bei Erreichen der Grenzkontakte 3 und 4 und ist Δ h der Abstand beider Grenzkontakte, so kann die Dichte aus

berechnet werden.

Die absolute Höhe h ₁ der angesaugten Flüssigkeitssäule vom momentanen Behälterstand h bis zum Grenzwertschalter 3 berechnet sich zu

Ist h ₁₀ die Höhe des Grenzwertschalters 3 über dem Behälterboden, so gilt für den gesuchten Füllstand h des Behälters

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Flüssigkeitsbehälter
2 Saugrohr
3 Grenzwertschalter (unterer)
4 Grenzwertschalter (oberer)
5 Druckmeßeinrichtung
6 Ventil
7 Drosselventil
8 Ventil
9 Ventil
10 Tauchrohr
11 Bodenventil
12 Magnet
13 Schwimmer
14 Induktionsspule

Claims

1. Verfahren zur Füllstands- und Dichtemessung in drucklosen Flüssigkeits behältern, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Vakuum oder Druck die Flüssigkeit durch ein in den Flüssigkeitsbehälter (1) eintauchendes Steigrohr (2) von dem momentanen Flüssigkeitsstand gefördert wird, die Zeitdifferenzen während des Bewegungsablaufes oder die Druckdifferenzen zwischen den Grenzwertschaltern (3; 4) gemessen und daraus die Füll standshöhe und/oder die Dichte der Flüssigkeit ermittelt werden, oder daß in dem Steigrohr über ein Drosselventil (7) ein Unterdruck erzeugt und gleichzeitig ein Bodenventil (11) geschlossen wird, die Zeit bis zum Erreichen eines vorgegebenen Druckwertes gemessen und daran die Füllstandshöhe ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansaugen der Flüssigkeit ein mit einem Magneten (12) versehener Schwimmer (13) in dem Saugrohr an in definierten Abständen elektrisch isoliert ange brachten Induktionsspulen (14) vorbeibewegt wird und die elektrischen Impulse in einer elektrischen Schaltung zum Maß des Füllstandes im Flüssigkeitsbehälter werden.