DE19643956A1 - Anordnung zur Kontrolle des Füllstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Ultraschallwandlern zur Kontrolle des Füllstandes in mit Flüssigkeiten gefüllten Be­ hältern, insbesondere aus Metallen, Kunststoffen, Keramiken und dergleichen.

Die Kontrolle des Füllstandes in Behältern unter Ausnutzung des Ultraschall-Echo-Prinzips ist bereits Stand der Technik. Dazu werden übliche Anordnungen verwendet, die mit am Behälterboden angebrachten Ultraschallsonden bzw. Ultraschallwandlern arbeiten und die von der Oberfläche der Flüssigkeiten reflektierten Schallimpulse aufnehmen und auswerten (vgl. DE 40 25 326 A1, DE 32 41 033 A1).

Bekannt sind auch Anordnungen mit in die Flüssigkeit eintauchen­ den Ultraschallsonden, z. B. gemäß DE 39 12 783 A1.

Weiterhin werden auch Anordnungen mit einer Ultraschallsonde ver­ wendet, die nach der Impuls-Echo-Methode betrieben werden und dabei das Rückwandecho auswerten (vgl. DE G 94 04 027.3). Dabei muß die Sonde so ausgerichtet werden, daß die akustische Achse des Schallbündels senkrecht zur Behälterwand steht.

Ein entscheidender Nachteil dieser bekannten Anordnung sind die, insbesondere bei Metallbehältern, in der Behälterwand umlaufenden Störechos, die je nach Medium zeitlich mit dem gewünschtem Nutz­ echo zusammenfallen bzw. sich kaum von diesem unterscheiden. Diese störenden Umlaufechos treten auch bei den bereits erwähnten bekannten Anordnungen mit Ultraschall-Sender und Ultraschall-Em­ pfänger auf.

Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, den Einfluß dieser Störechos zu minimieren. Aus der DE 84 12 269 U1 ist ein Reflexionen verhinderndes Hüllrohr für Ultraschallwandler be­ kannt. In der DE 38 12 293 C2 ist die Verwendung einer "Tor­ schaltung" nur für Empfangssignale der Sendefrequenz beschrieben. Bei einer aus der DE 33 37 990 A1 bekannten Methode soll eine Aus­ blendung bzw. ein Aussortieren der Störechos unter Berück­ sichtigung ihrer (vorher erfaßten) Laufzeit erfolgen.

Allen letztgenannten Lösungen ist jedoch zu entnehmen, daß sie hinsichtlich Zeit und Apparatur sehr aufwendig sind.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ohne wesent­ lichen zusätzlichen Aufwand den Störeinfluß der in der Behälter­ wand umlaufenden Echos zu beseitigen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 dadurch, daß ein als Sender arbeitender Ultraschallwandler 1 und ein als Empfangsein­ richtung wirkender Ultraschallwandler 2 am Behälter so angeordnet sind, daß ihre akustischen Achsen nicht senkrecht zur Behälter­ wand stehen und der Schallübergang gewährleistet wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich gemäß Anspruch 2 durch das Anbringen von Ultraschallwandler 1 und Ultraschallwandler 2, die als Sender bzw. Empfangseinrichtung arbeiten, auf der gleichen Seite des Behälters.

Weitere Gegenstände der Erfindung sind die Gestaltung der Ultraschallwandler als Winkelsonden oder die Gestaltung üblicher Sonden mit Vorlaufkeilen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wurden vollkommen über­ raschend bei Füllstandskontrollen die Störechos, die in der Behälterwand umlaufen, nicht mehr erfaßt. Geeignet ist die An­ ordnung für Behälter und für Rohrleitungen, auch geringeren Durchmessers, sowohl im Impuls-Echo-Verfahren bzw. Burst-Ver­ fahren als auch im Continuous-wave-Betrieb.

Vorteilhafterweise sind die erfindungsgemäßen Anordnungen auch für Füllstandskontrollen bei konstruktiv bedingten, geometrisch ungünstigen Behältern bzw. Rohrleitungen durch eine damit mög­ liche Ausnutzung von zusätzlich auftretenden Reflexionen an den Innenwänden, geeignet.

Einsatzgebiete sind neben der Füllstandskontrolle auch sogenannte Naß-/Trockenmeldungen und die Erfassung von Fremdkörpern, Luft- und Gasblasen sowie von Feststoffen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der als Sender bzw. oder als Empfangseinrichtung arbeitenden Ultraschallwandlern, wurde in einfacher Weise, ohne zusätzlichem Aufwand, erreicht, daß die Störechos nicht mehr erfaßt und damit die Genauigkeit der Meß­ aussagen erhöht wird. Bisher erforderliche nachfolgende auf­ wendige Auswertungen können entfallen.

Weiterhin lassen sich auch Nachteile bisheriger Meßanordnungen, resultierend aus dem Nachschwingen der Ultraschallwandler sowie der sogenannten "Totzeit" von Ultraschallwandlern, ebenfalls minimieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung von Ultraschallwandlern auf gegenüberliegenden Behälterseiten,

Fig. 2 eine Anordnung von Ultraschallwandlern auf der gleichen Behälterseite.

Beispiel 1

An einem Edelstahlbehälter mit einem Innendurchmesser von 1000 mm, gefüllt mit Äthanol, wurde ein Ultraschall-Sender 1 in Form einer Winkelsonde so angebracht, daß im Stahlmantel des Behälters Transversalwellen im Winkel von 45 Grad erzeugt werden, die von einem an der gegenüberliegenden Behälterwand angebrachten Ultra­ schall-Empfänger 2, in Form einer Winkelsonde, detektiert und umgesetzt werden.

Eine solche Anordnung ermöglichte eine eindeutige Kontrolle des Füllstandes von Äthanol in Behältern mit einer Genauigkeit von weniger als einem Millimeter.

Vorteilhaft wirkte sich dabei aus, daß von der Ultraschall-Em­ pfangseinrichtung nur Signale detektiert wurden, die vom Füll­ stand abhängig waren. Damit entfiel eine aufwendige nachträgliche Auswertung.

Beispiel 2

An einem verzinkten Stahlrohr mit 25 mm Innendurchmesser, von Brauchwasser durchflossen, wurde gemäß Fig. 2 ein Ultraschall-Sen­ der 1 so angebracht, daß von ihm ausgestrahlte Transversal­ wellen im Winkel von 45 Grad in die Rohrwand eintraten. Die von der Rohrrückwand reflektierten Schallimpulse wurden von einer auf der gleichen Behälterseite angebrachten Ultraschall-Empfangsein­ richtung 2 detektiert und umgesetzt. Für die Ultraschallwandler 1 und 2 wurden übliche Ultraschallsonden mit Kunststoff-Vorlauf­ keilen verwendet.

Die Anordnung der Ultraschallwandler erfolgte im Abstand von einem Meter vor dem Ansaugstutzen einer üblichen Kreiselpumpe mit dem Ziel, die Lebensdauer dieser Pumpe zu erhöhen.

Bei einem versuchsweisen Durchlauf von mit Luft angereichertem Brauchwasser wurde der Schallweg unterbrochen und die Pumpe rechtzeitig abgeschaltet.

Das gleiche Ergebnis wurde bei einem weiteren Test mit durch Feststoffen stark verunreinigten Brauchwasser erzielt.

Claims (4)

1. Anordnung zur Kontrolle des Füllstandes in mit Flüssigkeiten gefüllten Behältern mit Ultraschallwandlern, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein als Sender arbeitender Ultraschallwandler 1 und ein als Empfangseinrichtung wirkender Ultraschall­ wandler 2 am Behälter so angeordnet sind, daß ihre akustischen Achsen nicht senkrecht zur Behälterwand stehen und der Schallübergang gewährleistet wird.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler 1 und der Ultraschallwandler 2 auf der gleichen Seite des Behälters angebracht werden.

3. Anordnung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sonden vom Ultraschallwandler 1 und Ultraschallwandler 2 als Winkelsonden gestaltet sind.

4. Anordnung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ultraschallwandler übliche Sonden mit Vor­ laufkeilen aufweisen.