DE2039200A1 - Anzeigegeraet zum Anzeigen des Zustandes einer Fluessigkeit - Google Patents

Description

Patentanwalt· Dr. Ing. H. Negendank

Dip!. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmilz

8Mandwn15,Mot«rfftr.23 TaI. SMNM

The Bendix Corporation
Executive Offices

Bendix Center 6. August 1970

SouthfJeId₃MiCh. 48O75»USA Anwaltsakte M-1273

Anzeigegerät zum Anzeigen des Zustandes einer Flüssigkeit

Es gibt viele Anzeigegeräte, die verschiedene Zustände einer Flüssigkeit, beispielsweise die Dichte, der Flüssigkeitsstand in einem Kessel usw., anzeigen. Diese Anzeigegeräte arbeiten im allgemeinen mit den physikalischen Eigenschaften· der Flüssigkeit und erfordern entweder langwierige Versuche oder teure Einrichtungen.

Durch die Erfindung soll daher ein konstruktiv wenig aufwendiges Anzeigegerät geschaffen werden, das einfach im Gebrauch ist. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. Vor-

en
teilahfte Ausgestaltung/der Erfindung sind in den Unteransprüchen !

angegeben. ,

Das erflndungsgemäße Anzeigegerät, zeichnet sich durch besonders hohe Genaüifiöcelt und Empfindlichkeit aus*

Anhand der Sfeichnungen werden zwei Aifsführungsformen der Er-

■■-■; ■ V ■■■■■.-■ ..·. ' ' ' '· ' ' ■"

■ -2-

- 2 findung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Anzeigegerät zum Anzeigen der Dichte einer Flüssigkeit darstellt,

I Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linien 2-2 in Fig. 1, |

Fig. 3 ein Detail des in Fig. 1 gezeigten Anzeigegeräts in vergrößertem Maßstab,

Fign, 4, den Fign. 1, 2, 3 entsprechende Ansichten eines zweiten 5, 6

Ausführungsbeispiels, das ein Anzeigegerät zum Anzeigen des Flüssigkeitsstandes darstellt.

Das in den Fign. 1, 2, 3 gezeigte Anzeigegerät 101 zum Anzeigen der Dichte einer Flüssigkeit besteht im wesentlichen aus einem eine !

Flüssigkeit 14 enthaltenden Kessel 12, einem koaxialen Wellenleiter* 16, einem Kurzschlußelement 18, einer Mikrowellen-Energiequelle 20 und einem Detektor 22. Die Flüssigkeit 14 muß eine Flüssigkeit seift, deren Dichte eine eindeutige Funktion der relativen Dielektrizi- j tätskonstanten ist und die nicht entzündbar oder brennbar ist, wenifi sie der Mikrowellen-Energiequelle 20 ausgesetzt ist. Die Mikrowel-j len-Energiequelle 20 kann von beliebiger Bauart sein und beispielsweise elektromagnetische Wellen mit einem tfellenlängenbereich, 4er

als

sich von weniger als einem Millimeter bis mehr/30 000 Meter erstreckt, ausstrahlen.

Der Wellenleiter 16 weist einen Einsatz 24 auf, der ein vertikal

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verlaufendes Außenrohr 26 des Wellenleiters 16 trägt. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, trägt das Außenrohr 26 mittels eines dielek> trischen Tragkörpers 30 ein zu ihm koaxial verlaufendes Innenrohr ;

28. · ;

Das Kurzschlußelement 18, das etwa scheibenförmig ausgebildet ist, ^! ist an demjenigen Ende des Wellenleiters, das in die Flüssigkeit

14 eingetaucht ist, befestigt und baulich und efeketrisch sowohl mitj dem Außenrohr 26 als auch mit dem Innenrohr 28 verbunden, um auf diese Weise einen Hochfrequenz-Kurzschluß zwischen den beiden j

Rohren zu erzeugen. Das Außenrohr 26 ist außerdem mit axial verlau-

Ifenden öffnungen 32 versehen, die den Eintritt von Flüssigkeit 14 in das Innere des Wellenleiters l6 ermöglichen.

Am anderen Ende des Wellenleiters 16 ist die Mikrowellen-Energiequelle 20 angebracht, die derart angeordnet ist, daß sie elektromai; netische Wellen in den Wellenleiter 16 ausstrahlt. Die Mikrowellenenergie wandert durch das Medium, das sich oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche befindet (beispielsweise Luft), in die Flüssigkeit 14, vorbei an dem Detektor 22 und durch weitere Flüssigkeit 14, bis sie das Kurzschlußelement 18 erreicht, wo die Mikrowellenenergie durch den Hochfrequenz-Kurzschluß zwischen den beiden Rohren 28 j

und 26 aufgehalten wird. Es wird dann eine stehende Welle 34 (wie j

I in Fig. 3 schema tisch dargestellt) erzeugt, die Spannungsamplitudeii· maxima 36 und -minima 38 (Knoten) an axial hintereinanderllegenden j Stellen des Wellenleiters 16 aufweist. Der Abstand zwischen benach-f barten Knoten wird durch die Frequenz der Mikrowellenenergie und j die Eigenschaften der Flüssigkeit bestimmt. Der Ort der Knoten

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hängt von der Tatsache ab, daß bei sämtlichen Frequenzen und bei jeder Flüssigkeit an dem Kurzschlußelement ein Knoten vorhanden sein muß.

Der Detektor 22 besteht aus einem elektrischen Feldstärken-Sensor 42 und einer Anzeigeeinheit 44, die durch Leitungen 46 mit dem Feldstärken-Sensor 42 elektrisch verbunden ist. Der elektrische Feldstärken-Sensor 42 weist einen Fühler 48 auf und ist an dem Aussenrohr 26 des Wellenleiters 16 derart befestigt, daß der Fühler |48 durch eine öffnung 50 in das Innere des Wellenleiters l6 hineinragt (Fig. 5)· Wie am besten in Fig. 1 zu sehen, ist der elektrische Feldstärken-Sensor 42 mit seinem Fühler 48 derart angeordnet, daß er vollständig in die Flüssigkeit 14 eingetaucht ist. Es ist ferner wichtig, daß der Fühler 48 derart angeordnet ist, daß genau jan der Stelle des Fühlers 48 ein Knoten 58 der stehenden Welle 34 !vorhanden ist, wenn die Flüssigkeitsdichte einen ihrer Extremwerte annimmt.

Was die Betriebsweise des Anzeigegerätes 101 betrifft, sei angenommen, daß der Kessel (wie in Fig. 1 gezeigt) mit Flüssigkeit 14 gefüllt ist und die Mikrowellen-Energiequelle 20 erregt wird. Ein Knoten 38 der stehenden Welle 34 befindet sich genau an der Stelle des Fühlers 48, so daß der Zeiger 52 der Anzeigeeinheit 44 auf einen

vorgegebenen numerischen Wert der Flüssigkeitsdichte (Ziffer 10 in Fig.]) zeigt. Wenn sich die Dichte der Flüssigkeit 14 ändert, ändert

sich die relative Dielektrizitätskonstante und somit der Abstand

i zwischen benachbarten Knoten. Da der Knoten an dem Kurzschlußele- :

ment seinen Ort nicht ändern kann, verschieben sich die Knoten 38 !

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der stehenden Welle 34, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 3 an gedeutet ist.

Die Verschiebung der Knoten hat zur Folge, daß der Fühler 48 und
somit der elektrische Feldstärken-Sensor 42 einer größeren elektric sehen Feldstärke ausgesetzt sind, wodurch der Zeiger 52 nach links j

ausschlägt und eine Änderung der Flüssigkeitedichte anzeigt. Die

i Anzeigeeinheit 44, der elektrische Feldstärken-Sensor 42, der WeI-[

lenleiter 16 und die Mikrowellen-Energiequelle 20 sind derart aus-' f| gelegt, daß der Zeiger 52 auf einem vorgegebenen numerischen Wert ; der Flüssigkeitsdichte (Ziffer 100 in Fig. 1) stehen bleibt, so ■

• ■ - i

daß das Anzeigegerät 101 einen vorgegebenen Meßbereich hat. ^!

Das in den Fign. 4, 5, 6 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der JErfindung ist ein Anzeigegerät zum Anzeigen der Flüssigkeitsmenge
bzw. des Flüssigkeitsstandes; dieses Anzeigegerät 102 entspricht im wesentlichen dem oben beschriebenen Anzeigegerät 101, abgesehen voiji

i der Anordnung des Detektors 22, der sich zwischen der Mikrowellen- ', -Λ

Energiequelle 20 und dem maximalen Flüssigkeitsstand befindet. Die'

i gleichen Teile haben die gleiche Bezugszeichen, so daß eine erneute

Beschreibung des Anzeigegerätes überflüssig ist. ;

Was die Betriebsweise des Anzeigegerätes 102 betrifft, sei angenommen, daß der Kessel 12 mit Flüssigkeit 14 (wie in Fig. 4 gezeigt )gefüllt ist und die Mikrowellen-Energie 20 erregt wird.Ein
Knoten 38 der stehenden Welle 34 befindet sich neben dem Fühler
48, so daß der Zeiger 52 der Anzeigeeinheit 44 zum Buchstaben F ausschlägt (was bedeutet, daß der Kessel voll ist). Wenn Flüssig-

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keit 14 durch einen Auslaß (nicht gezeigt) aus dem Kessel 12 abgeführt wird, wird der Abstand zwischen der Mikrowellen-Energiequelle 20 und der Oberfläche der Flüssigkeit 14 größer, wodurch sich die Lastimpedanz des Wellenleiters 16 ändert, (wie in Fig. 1 gezeigt, ist der untere Flüssigkeitsstand durch gestrichelte Linien und die Abstandsänderung durch den Buchstaben A angedeutet.) Wenn sich die Lastimpedanz ändert, verschiebt sich der Knoten 38 der stehenden Welle 34 nach oben (gestrichelte Linien in Fig. 6). Diese Verschiebung des Knotens hat zur Folge, daß der Fühler 48 und der elektrische Feldstärken-Sensor 42 einer geringeren elektrischen Feldstärke ausgesetzt sind, wodurch der Zeiger 50 m ch links bewegt wird, der somit einen niedrigeren Flüssigkeitsstand anzeigt. Die Anzeigeeinheit 44, der elektrische Feldstärken-Sensor 42, der Wellenleiter 16 und die Mikrowellen-Energiequelle 20 sind derart ausgelegt, daß der Zeiger 50 auf dem Buchstaben E der Anzeigeeinheit 44 stehen bleibt, wenn keine cder nahezu keine Flüssigkeit 14 mehr im Kessel 12 enthalten ist.

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Claims (6)

1. "] Patentanwalt·

   |: Dr. Ing. H. Megendcnk

   Dipl. Ing. H. Hauck Dipl. Phyv W. Schmilz

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   Bendix Center 6. August 1970

   Southfield,Michigan 48075,USA Anwaltsakte M-1273

   Patentansprüche

   L. Anzeigegerät sum Anzeigen des Zustandes einer Flüssigkeit, mit
   einem die Flüssigkeit enthaltenden Kessel, gekennzeichnet durch
   einen Wellenleiter (16), der an dem Kessel (12) derart befestigt! ist, daß eines seiner Enden in die Flüssigkeit eintaucht, ein
   .scheibenförmiges, leitendes KurzSchlußelement (l8), das an dem
   eingetauchten Ende des Wellenleiters befestigt ist, eine Mikrowellen-Energiequelle (20), die von dem anderen Ende des Wellenleiters Mikrowellenenergie ausstrahlt, um im Wellenleiter eine I stehende Welle (34) mit einem Knoten (38), der sich bei finde- ;

   , -rungen des Flüssigkeitszustandes verschiebt, zu erzeugen, einen !

   j Detektor (22), der einen an dem Knoten in den Wellenleiter hin- j einragenden elektrischen Feldstärken-Sensor (42) aufweist, und
   eine an dem Detektor angeschlossene Anzeigeeinheit (44), die auf! j den Detektor anspricht, wenn der Detektor bei einer Verschiebung: des Wellenknotens auf die stehende Welle anspricht, so daß die : Anzeigeeinheit die Größe der Zustandsänderung der im Kessel | enthaltenden Flüssigkeit anzeigt. i

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2. 2.Anzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ! Wellenleiter (16) ein Außenrohr (26) und ein koaxial dazu ange- ^! ordnetes Innenrohr (28) aufweist, und daß das Außenrohr (26) min-idestens eine öffnung (32,132) aufweist, durch die Flüssigkeit in; das Innenrohr (26) eintreten kann.
3. 3.Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß 1 der Zustand der Flüssigkeit die Dichte der Flüssigkeit ist, und daß der Detektor (22) in die Flüssigkeit eingetaucht ist.
4. 4.Anzeigegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Flüssigkeit der Flüssigkeitsstand in dem Kessel (12) ist, und daß die Mikrowellen-Energiequelle (20) oberhalb des maximalen FlUssigkeitsstandes in dem Kessel angeordnet ist.
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